Müller-Rochow-Synthese

Die Müller-Rochow-Synthese ist ein Verfahren für die großtechnische Herstellung von Methylchlorsilanen, die im Mai 1940 fast gleichzeitig von dem US-amerikanischen Chemiker Eugene G. Rochow und dem deutschen Chemiker Richard Müller entwickelt wurde. Methylchlorsilane sind Zwischenprodukte bei der Herstellung von Silikonen. Zum Katalytischen Mechanismus der Reaktion gibt es verschiedene Vermutungen, aber keine allgemein akzeptierte Theorie.

Reaktionsgleichung

Skizze zur Müller-Rochow-Synthese
A) Kompressor
B) Verdampfer
C) Wirbelschichtreaktor
D) Kühlmantel
E) Zyklon
F) Silicium / Kupfer (Kat.)
G) Methylchlorid
H) Kondensator
I) Rohsilan
J) zur Destillation
K) Silicium / Kupfer-Staub
L) Wärmetauscher
M) Rückstand
N) Rückfluss Methylchlorid

\mathrm {2\ CH_{3}Cl+Si\longrightarrow (CH_{3})_{2}SiCl_{2}}

Technische Durchführung

Das Silicium liegt pulverförmig mit einer Korngröße zwischen 50 und 500 µm vor. Als Katalysator dient Kupfer, welches elementar oder z. B. in Form von Kupferoxid eingesetzt wird. Als Promotoren wirken außerdem noch Zink, Zinn, Phosphor und andere Elemente. Die Reaktion findet etwa bei 300 °C und 0,5–2 bar(ü) statt.

In einem Wirbelschichtreaktor wird die Pulvermischung von unten mit Chlormethan durchströmt. Dieser Reaktortyp hat den Vorteil, dass die freiwerdende Wärme der exothermen Reaktion gut abgeführt werden kann. Nach dem Reaktor können die entstanden Methylchlorsilane von nicht verbrauchtem Chlormethan in einem Kondensator abgetrennt werden.

Die Silanmischung enthält das Hauptprodukt Dimethyldichlorsilan (in Konzentrationen von 70–90 %) aber auch Methyltrichlorsilan, Trimethylchlorsilan, Dimethyltetrachlordisilan und andere Silane. Diese müssen durch Rektifikation voneinander getrennt werden.

Weiterverarbeitung der Silane

Durch Hydrolyse der Chlormethylsilane bilden sich Silanole, diese kondensieren zu kurzen Ketten und Zyklen. Außerdem wird Chlorwasserstoff freigesetzt der unter anderem für die Synthese von neuem Methylchlorid eingesetzt werden kann. Durch weitere Polymerisation können die verschiedensten Silikonverbindungen hergestellt werden.

Hydrolyse:

\mathrm {(CH_{3})_{2}SiCl_{2}+2\ H_{2}O\longrightarrow (CH_{3})_{2}Si(OH)_{2}+2\ HCl}

Kondensation:

\mathrm {n\ (CH_{3})_{2}Si(OH)_{2}\longrightarrow [-O{-}Si(CH_{3})_{2}-]_{n}+n\ H_{2}O}