способ получения алкоголятов редких и редкоземельных металлов

Формула изобретения

Способ получения алкоголятов редких и редкоземельных металлов с использованием металла и спирта, отличающийся тем, что металл растворяют в смеси хлора и органического амида или нитрила при 10-90^oC и концентрации хлора 0,1-10,0 моль/л с последующим добавлением соответствующего спирта, удалением амида или нитрила из полученного спиртового раствора и добавлением безводного газообразного аммиака.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способу получения алкоголятов редких и редкоземельных металлов, являющихся сырьем для получения различных конструкционных керамических материалов, катализаторов и каталитических композиций.

Известен способ получения алкоголятов редких металлов (патент США 2187821, МКИ С 07 С 29/70) по реакции безводных галогенидов металлов со спиртом в присутствии аммиака.

Существенным недостатком этого способа является необходимость использования безводных галогенидов металлов, многие из которых синтезировать затруднительно (РЗЭ, Та, Мо, W).

Известен способ получения алкоголятов редкоземельных металлов (патент РФ 2055828, МКИ С 07 С 29/70) непосредственно из металла или гидрида металла при реакции его с безводным хлористым водородом в спиртовой среде.

Недостатком данного способа является необходимость получения гидридов металлов, что является достаточно сложным процессом. К недостаткам можно отнести и разрушение спирта при длительной реакции с хлористым водородом, необходимость использования металлического натрия для получения алкоголята металла.

Предлагаемый способ получения алкоголятов редких и редкоземельных металлов включает использование металла и спирта, при этом металл предварительно растворяют в смеси хлора и органического амида или нитрила при 10-90^oС и концентрации хлора 0,1-10,0 моль/л. Органический амид или нитрил удаляют перед получением алкоголята.

Использование метода низкотемпературного хлорирования металлов в среде органического амида или нитрила позволяет увеличить скорость растворения металла и избежать разрушения спирта, который вводится в систему после окончания процесса низкотемпературного хлорирования.

Использование органического амида или нитрила позволяет вести реакцию низкотемпературного хлорирования с высокими скоростями. Использование нитрила позволяет после добавления спирта отогнать низкокипящий нитрил. Использование амидов позволяет после добавления спирта получать расслаивающуюся систему и удалить органический амид.

Нижний температурный предел обработки металла 10^oС обусловлен тем, что при меньшей температуре растворение металла протекает медленно. Верхний температурный предел в 90^oС обусловлен большой интенсивностью хлорирования амида органической кислоты.

Нижний концентрационный предел по хлору, равный 0,1 моль/л, обусловлен малой интенсивностью растворения металла при малых концентрациях хлора. Верхний концентрационный предел, равный 10 моль/л, обусловлен высокой интенсивностью хлорирования амида органической кислоты.

Согласно изобретению способ осуществляют следующим образом. В реактор помещают органический амид или нитрил, насыщают его хлором, вводят металл в виде порошка, стружки, кусков и перемешивают. Металл растворяется. Удаляют остаточный хлор, прибавляют спирт, удаляют органический амид или нитрил для получения спиртового раствора, который обрабатывают газообразным аммиаком для получения раствора алкоголята.

Пример 1. 6,0 г кускового металлического иттрия обрабатывали 50 мл раствора хлора (концентрация хлора 3 моль/л) при 50^oС в ацетонитриле в течение 1 ч (иттрий растворился полностью). Удаляли хлор, приливали 150 мл н-бутанола и перемешивали. Под разрежением отгоняли ацетонитрил, раствор обрабатывали безводным аммиаком, отфильтровывали хлорид аммония и получали раствор алкоголята. Раствор упаривали досуха. Остаток высушивали в вакууме при 100^oС. Получено 18,19 г н-бутилата иттрия (выход 87,6%).

Пример 2. 4,0 г порошка циркония обрабатывали 50 мл раствора хлора (концентрация хлора 2,0 моль/л) в N,N" - диметилформамиде (ДМФА) при 40^oС в течение 2 ч (цирконий растворился полностью). Удаляли хлор, приливали 150 мл н-бутанола и перемешивали. Смесь расслаивалась. После расслоения смеси удаляли тяжелую фазу, содержащую ДМФА. Раствор обрабатывали безводным аммиаком, отфильтровывали хлорид аммония и получали раствор алкоголята. Раствор упаривали досуха. Остаток высушивали в вакууме при 100^oС. Получено 12,59 г н-бутилата циркония (выход 74,8%).

Пример 3. 2,85 г кускового металлического иттрия обрабатывали 50 мл раствора хлора в ДМФА (концентрация хлора 2 моль/л) в течение 45 мин (иттрий растворился полностью). Удаляли хлор, приливали 150 мл п-пропанола и перемешивали. Смесь расслаивалась. После расслоения смеси удаляли тяжелую фазу, содержащую ДМФА. Раствор обрабатывали безводным аммиаком, отфильтровывали хлорид аммония и получали раствор алкоголята. Раствор упаривали досуха. Остаток высушивали в вакууме при 100^oС. Получено 6,71 г н-пропилата иттрия (выход 78,8%).

Пример 4. 10,5 г порошка циркония обрабатывали 100 мл раствора хлора (концентрация хлора 4 моль/л) в ацетонитриле при 40^oС в течение 1,5 ч (цирконий растворился полностью). Удаляли хлор, приливали 150 мл н-бутанола и перемешивали. Под разрежением отгоняли ацетонитрил, раствор обрабатывали безводным аммиаком, отфильтровывали хлорид аммония и получали раствор алкоголята. Раствор упаривали досуха. Остаток высушивали в вакууме при 100^oС. Получено 34,6 г н-бутилата циркония (выход 78,3%).

Технический эффект предлагаемого изобретения заключается в использовании в качестве исходного вещества металлов, в том числе отходов производства изделий из металлов, использовании для синтеза дешевых реагентов. Растворение металлов является быстрым процессом за счет использования хлорирования в специально подобранном органическом растворителе. Способ универсален и пригоден для получения алкоголятов редких металлов различного строения.