一種鈮醇鹽的新型合成方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種鈮醇鹽的新型合成方法，包括1)準(zhǔn)備原料：無水醇、烷烴混合、金屬鈉和五氯化鈮·四氫呋喃懸濁液；2)將無水醇、烷烴CnH2n+2混合和金屬鈉在一定條件下進(jìn)行反應(yīng)；3)加入五氯化鈮·四氫呋喃懸濁液進(jìn)行反應(yīng)，3)減壓精餾和減壓蒸餾得到產(chǎn)品鈮醇鹽。本發(fā)明專利技術(shù)的合成方法解決了目前氨法制備鈮醇鹽合成過程中存在流程長、環(huán)境差、成本高、回收率低等缺點(diǎn)，具有反應(yīng)及蒸餾條件平穩(wěn)，易于控制，合成過程中無有毒有害氣體生成、原料價(jià)格便宜、反應(yīng)收率及生產(chǎn)效率高等優(yōu)勢。且該合成反應(yīng)的總產(chǎn)率最高達(dá)到89％，原料烷烴無毒、可以重復(fù)使用、不會(huì)產(chǎn)生任何廢棄物，不僅適合實(shí)驗(yàn)室合成，也適合于一定規(guī)模化合成。

Novel synthesis method of niobium alkoxide

The invention discloses a novel synthesis method of a niobium alkoxide, including 1) preparation of raw materials: anhydrous alcohol and alkane mixture, metal sodium and five niobium chloride - THF suspension; 2) anhydrous alcohol and alkane mixture of CnH2n+2 and sodium metal reaction under certain conditions; 3) adding five niobium chloride and tetrahydrofuran suspension 3) reaction, vacuum distillation and vacuum distillation to obtain product niobium alkoxide. The synthesis method of the invention solves the problem of ammonia to prepare long process, poor environment, high cost and low recovery rate of defects of niobium alkoxide synthesis process, reaction and distillation conditions is stable, easy to control, no toxic and harmful gas generated in the process of synthesis, cheap raw materials, the reaction yield and production efficiency advantage. The total yield of the synthesis reaction is highest to 89%, and the raw material alkane is non-toxic, can be reused and can not generate any waste, and is not only suitable for laboratory synthesis, but also suitable for large-scale synthesis.

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種鈮醇鹽的新型合成方法
本專利技術(shù)涉及材料生產(chǎn)領(lǐng)域，尤其涉及一種電子工業(yè)用鈮化合物生產(chǎn)原料鈮醇鹽的新型合成方法。
技術(shù)介紹
五氧化二鈮薄膜具有優(yōu)異的光學(xué)性能，其光學(xué)波導(dǎo)損耗小，在波導(dǎo)性器件中獲得了較大的應(yīng)用。利用其較強(qiáng)的紫外吸收能力，可用作紫外敏感材料的保護(hù)膜，與二氧化硅等可制備具有不同折射率的薄膜。五氧化二鈮薄膜也是一種性能優(yōu)良的電致變色材料，有研究認(rèn)為，五氧化二鈮薄膜的電致變色性能可與獲得廣泛研究并獲得一定應(yīng)用的氧化鎢的性能相媲美；也有研究者認(rèn)為氧化鈮可與氧化鎳組成最優(yōu)性能匹配的互補(bǔ)型電致變色玻璃。五氧化二鈮薄膜本身也是一種High-K材料，其K值大于30，比HfO2的K值要大，氧化鈮薄膜作為一種薄膜新材料具有很好的應(yīng)用前景。制備Nb2O5薄膜使用的前驅(qū)體很多，醇類如Nb(OEt)5，Nb(OMe)5，胺類如Nb(NMe2)5，Nb(NEt2)5，Nb(NMeEt)5，tBuN＝Nb(NEt2)3，鹵化物NbX5等。和金屬鹵化物相比，金屬醇鹽沉積的薄膜不存在有害鹵化物雜質(zhì)，且沉積產(chǎn)物具有更小的腐蝕性。此外，金屬醇鹽可以在相對(duì)較低的溫度下進(jìn)行沉積。因此，鈮醇鹽被廣泛地作為CVD及ALD制備氧化物薄膜的前驅(qū)體，結(jié)構(gòu)如圖1所示。有關(guān)鈮醇鹽合成方法的報(bào)道還僅局限于實(shí)驗(yàn)室合成，而且操作流程不宜穩(wěn)定控制，反應(yīng)收率低、純度低。其主要合成方法為：(1)五氯化鈮與醇反應(yīng)，同時(shí)加入大量的苯為溶劑；(2)向溶液中通入干燥的氨氣；(3)過濾除去生成的氯化銨固體，蒸餾得到鈮醇鹽。該方法存在一些缺點(diǎn)：(1)合成時(shí)會(huì)產(chǎn)生氯化氫有毒氣體，需引入大量的有毒氨氣，對(duì)設(shè)備材質(zhì)要求高；(2)合成過程中產(chǎn)生大量的顆粒細(xì)小的NH4Cl沉淀，吸附大量的鈮醇鹽，從而使鈮醇鹽的產(chǎn)率較低；(3)合成的鈮醇鹽濃度低，需要蒸發(fā)大量的有毒溶劑苯，增加了生產(chǎn)成本及污染環(huán)境及危害人身健康。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的是要提供一種鈮醇鹽的新型合成方法，以解決目前氨法制備鈮醇鹽合成過程中存在流程長、環(huán)境差、成本高、回收率低等缺點(diǎn)，且其具有反應(yīng)及蒸餾條件平穩(wěn)，易于控制，合成過程中無有毒有害氣體生成、原料價(jià)格便宜、反應(yīng)收率及生產(chǎn)效率高等優(yōu)勢。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)采用的技術(shù)方案如下：一種鈮醇鹽的新型合成方法，包括以下步驟：1)準(zhǔn)備原料：無水醇、烷烴、金屬鈉和五氯化鈮·四氫呋喃懸濁液；2)在惰性氣氛保護(hù)的反應(yīng)器中加入無水醇及烷烴CnH2n+2混合物，并攪拌，然后再在攪拌的條件下加入金屬鈉進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間為2～3小時(shí)，反應(yīng)體系的溫度保持在0～-30℃，加入完畢后，再回流2～3小時(shí)；3)滴加五氯化鈮·四氫呋喃懸濁液，保持在0～-30℃反應(yīng)4-20小時(shí)，再保持回流反應(yīng)4～12小時(shí)；4)過濾除去濾渣，對(duì)濾液進(jìn)行升溫減壓精餾，得到蒸出的低沸點(diǎn)烷烴溶劑和產(chǎn)品液體，所得產(chǎn)品液體再升溫減壓蒸餾得到產(chǎn)品鈮醇鹽。作為優(yōu)選，所述無水醇中的醇為乙醇、丙醇、異丙醇、正丁醇和異丁醇中的一種。作為優(yōu)選，所述烷烴CnH2n+2中的n不小于6。作為優(yōu)選，所述烷烴CnH2n+2中的n為6或7，即該烷烴為正己烷或正庚烷。作為優(yōu)選，所述鈉加入時(shí)維持體系溫度為-10～-20℃。作為優(yōu)選，所述無水醇與金屬鈉的摩爾比為1～2︰1。作為優(yōu)選，所述無水醇與金屬鈉的摩爾比為1︰1。作為優(yōu)選，所述五氯化鈮·四氫呋喃懸濁液加入時(shí)維持體系溫度為-10～-20℃。作為優(yōu)選，所述步驟3)中烷烴溶劑升溫減壓精餾的壓力為1000～7000Pa，溫度為30℃～80℃。作為優(yōu)選，所述產(chǎn)品液體減壓蒸餾的壓力為50～300Pa，溫度為80℃～200℃。作為優(yōu)選，所述惰性氣氛是高純氮?dú)鈿夥栈蚋呒儦鍤鈿夥铡Ｅc現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)具有以下有益效果：(1)本專利技術(shù)的原料為無水醇、烷烴、金屬鈉和五氯化鈮·四氫呋喃懸濁液，且無水醇選用的是無水乙醇、丙醇、異丙醇、正丁醇和異丁醇中的任意一種，烷烴則選用正己烷或正庚烷，均是實(shí)驗(yàn)和工業(yè)生產(chǎn)中常用的原料，易于得到，且危險(xiǎn)系數(shù)低，金屬鈉則是在攪拌中加入到無水醇和烷烴混合物中的，并無水分在，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)或工業(yè)生產(chǎn)不易發(fā)生危險(xiǎn)，同時(shí)，五氯化鈮·四氫呋喃懸濁液也屬于經(jīng)常使用的試劑，不易發(fā)生危險(xiǎn)，可有效保障操作人員的安全。(2)本專利技術(shù)的合成方法中不會(huì)使用引入大量有毒的氨氣，更不會(huì)產(chǎn)生氯化氫等有毒氣體，均可有效保障設(shè)備安全和工作人員的人身安全。(3)本專利技術(shù)的減壓精餾后得到的產(chǎn)品液體中鈮醇鹽的濃度高，鈮醇鹽的產(chǎn)率高，蒸餾得到的烷烴溶劑還可重復(fù)使用，在節(jié)約原料的同時(shí)，避免了現(xiàn)有技術(shù)中需要蒸發(fā)大量的有毒溶劑苯，增加了生產(chǎn)成本及污染環(huán)境及危害人身健康的不利影響。(4)本專利技術(shù)中無水醇與金屬鈉的摩爾比選擇的是1～2︰1，最優(yōu)是1︰1，可保證反應(yīng)原料無浪費(fèi)，增加鈮醇鹽產(chǎn)率。(5)本專利技術(shù)整個(gè)合成過程均是在惰性氣氛下進(jìn)行的，可有效保證合成過程不受外界空氣中的氧氣或者其他物質(zhì)的干擾，增加合成產(chǎn)率，同時(shí)，在加入金屬鈉之后將反應(yīng)溫度調(diào)整為-10～-20℃，可使反應(yīng)更加穩(wěn)定，原料使用率和產(chǎn)品產(chǎn)率均得到提升。(6)本專利技術(shù)的升溫減壓精餾和升溫減壓蒸餾過程，選用了適合反應(yīng)后的烷烴溶劑的溫度和壓力，且該溫度和壓力不與產(chǎn)品蒸餾的溫度和壓力相重疊，可充分回收再利用烷烴，并有效保證產(chǎn)品的產(chǎn)率。(7)本專利技術(shù)合成方法的反應(yīng)及蒸餾條件平穩(wěn)，易于控制，合成過程中無有毒有害氣體生成、原料價(jià)格便宜、反應(yīng)收率及生產(chǎn)效率高等優(yōu)勢。總產(chǎn)率最高達(dá)到89％，且原料烷烴CnH2n+2(n≥6)無毒、可以重復(fù)使用、不會(huì)產(chǎn)生任何廢棄物，不僅適合實(shí)驗(yàn)室合成，也適合于一定規(guī)模化合成。附圖說明圖1為本專利技術(shù)鈮醇鹽結(jié)構(gòu)示意圖。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖說明和實(shí)施例對(duì)本專利技術(shù)作進(jìn)一步說明，本專利技術(shù)的方式包括但不僅限于以下實(shí)施例。實(shí)施例1在氬氣氣氛下，在反應(yīng)釜中加入50克無水乙醇及500毫升正己烷，在攪拌條件下，向反應(yīng)釜中加入金屬鈉20克，加入時(shí)保持溫度在-10℃，加完保持體系溫度反應(yīng)2小時(shí)，然后加熱回流2小時(shí)；然后加入45克五氯化鈮四氫呋喃溶液，加入過程維持體系溫度為-10℃，加完后先保持-10℃反應(yīng)2小時(shí)，再回流反應(yīng)4小時(shí)；恢復(fù)室溫過濾，濾液先升溫到30℃，然后減壓至7000Pa蒸出溶劑。溶劑蒸干后再升溫到80℃，并減壓到300Pa以下，進(jìn)行減壓蒸餾得產(chǎn)品乙醇鈮，測量得到該乙醇鈮重48克，計(jì)算得到其收率為89％。實(shí)施例2在氬氣氣氛下，向反應(yīng)釜中加入40克無水甲醇及500毫升正己烷，在攪拌條件下，向反應(yīng)釜中加入金屬鈉20克，加入時(shí)保持溫度在-20℃，加完保持體系溫度反應(yīng)3小時(shí)，然后加熱回流3小時(shí)。然后加入45克五氯化鈮四氫呋喃溶液，加入過程維持體系溫度為-20℃，加完后先保持-20℃反應(yīng)2小時(shí)，再回流反應(yīng)8小時(shí)。恢復(fù)室溫過濾，濾液先升溫到50℃，然后減壓至6000Pa蒸出溶劑。溶劑蒸干后再升溫到100℃，并減壓到250Pa，進(jìn)行減壓蒸餾得產(chǎn)品甲醇鈮，測量得到該產(chǎn)品甲醇鈮為35克，計(jì)算得到其收率為83％。實(shí)施例3在氮?dú)鈿夥障拢诜磻?yīng)釜中加入55克無水異丙醇及500毫升正己烷，在攪拌條件下，向反應(yīng)釜中加入金屬鈉20克，加入時(shí)保持溫度在-30℃，加完保持體系溫度反應(yīng)2小時(shí)，然后加熱回流2小時(shí)。然后加入45克五氯化鈮四氫呋喃溶液，加入過程維持體系溫度為-30℃，加完先保持-30℃反應(yīng)2小時(shí)，再回流反應(yīng)10小時(shí)。本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種鈮醇鹽的新型合成方法，其特征在于，包括以下步驟：1)準(zhǔn)備原料：無水醇、烷烴、金屬鈉和五氯化鈮·四氫呋喃懸濁液；2)在惰性氣氛保護(hù)的反應(yīng)器中加入無水醇及烷烴CnH2n+2混合物，并攪拌，然后再在攪拌的條件下加入金屬鈉進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間為2～3小時(shí)，反應(yīng)體系的溫度保持在0～?30℃，加入完畢后，再回流2～3小時(shí)；3)滴加五氯化鈮·四氫呋喃懸濁液，保持在0～?30℃反應(yīng)4?20小時(shí)，再保持回流反應(yīng)4～12小時(shí)；4)過濾除去濾渣，對(duì)濾液進(jìn)行升溫減壓精餾，得到蒸出的低沸點(diǎn)烷烴溶劑和產(chǎn)品液體，所得產(chǎn)品液體再升溫減壓蒸餾得到產(chǎn)品鈮醇鹽。

【技術(shù)特征摘要】
2016.12.02 CN 20161109232331.一種鈮醇鹽的新型合成方法，其特征在于，包括以下步驟：1)準(zhǔn)備原料：無水醇、烷烴、金屬鈉和五氯化鈮·四氫呋喃懸濁液；2)在惰性氣氛保護(hù)的反應(yīng)器中加入無水醇及烷烴CnH2n+2混合物，并攪拌，然后再在攪拌的條件下加入金屬鈉進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間為2～3小時(shí)，反應(yīng)體系的溫度保持在0～-30℃，加入完畢后，再回流2～3小時(shí)；3)滴加五氯化鈮·四氫呋喃懸濁液，保持在0～-30℃反應(yīng)4-20小時(shí)，再保持回流反應(yīng)4～12小時(shí)；4)過濾除去濾渣，對(duì)濾液進(jìn)行升溫減壓精餾，得到蒸出的低沸點(diǎn)烷烴溶劑和產(chǎn)品液體，所得產(chǎn)品液體再升溫減壓蒸餾得到產(chǎn)品鈮醇鹽。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鈮醇鹽的新型合成方法，其特征在于，所述無水醇中的醇為乙醇、丙醇、異丙醇、正丁醇和異丁醇中的一種。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種鈮醇鹽的新型合成方法，其特征在于，所述烷烴CnH2n+2中的n不小于6。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種鈮醇鹽的新型合成方法，...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：不公告發(fā)明人，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：蘇州復(fù)納電子科技有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：江蘇,32