本發(fā)明涉及半導(dǎo)體行業(yè)用的高純二甲基鎘的合成方法，尤其涉及一鍋法合成高純二甲基鎘的方法。
背景技術(shù)：
有機(jī)鎘化物在最近被發(fā)現(xiàn)具有非常重要的用途，有機(jī)鎘化物中的烷基鎘和芳香鎘現(xiàn)已用作聚合反應(yīng)的催化劑，有機(jī)酸的鎘鹽可用作塑料的熱和光穩(wěn)定劑。
有機(jī)鎘化物對于某種有機(jī)官能團(tuán)的溫和反應(yīng)活性，使它們有獨(dú)特的合成能力。有機(jī)鎘化物一般是非極性液體或者低熔點(diǎn)固體，可溶于大多數(shù)有機(jī)化合物中，可與氧或者水劇烈反應(yīng)，對氧的敏感性比有機(jī)鋅化物差，穩(wěn)定性也低。
有機(jī)鎘化物中的代表二甲基鎘主要用作烷基化等有機(jī)合成及聚合的催化劑，也用于金屬有機(jī)化學(xué)沉積法(mocvd)制造半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)材料，或用于沉積硫化鎘、碲化鎘等半導(dǎo)體薄膜。此外還可用作礦物油的添加劑以提高耐磨性。
對于二甲基鎘的合成方法，通常采用的是分步法，即第一步先利用鎂粉、甲基鹵化物在乙醚中合成格式試劑；第二步在強(qiáng)烈攪拌條件下，將充分干燥和碾細(xì)的鹵化鎘分次小批量加入上述格式試劑中。反應(yīng)過程中乙醚激烈沸騰，鎘鹽迅速溶解，添加完后，控制溫度不超過80℃，在氮?dú)饬飨掠梅逐s柱蒸去大部分乙醚后再在氮?dú)夥諊聹p壓至1.73kpa，蒸出的二甲基鎘-乙醚混合物用液氮冷卻的接收罐接收。再用分餾柱小心從上述無色餾分中蒸去乙醚，除去第一餾分后，收集目標(biāo)產(chǎn)品，目標(biāo)產(chǎn)品的有機(jī)純度在90％以上。上述合成方法采用的分步法雖然能夠得到的二甲基鎘，但是純度較低。分步法先合成格式試劑，反應(yīng)不可控，且后續(xù)將鹵化鎘加入格式試劑中，需分次小批量加入，反應(yīng)周期較長。
因此，研發(fā)一種工藝簡便、操作簡單、周期短且產(chǎn)品純度達(dá)到99％以上的高純二甲基鎘的制備方法迫在眉睫。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)分步法合成二甲基鎘的不足，提供一種工藝簡便、操作簡單、周期短且產(chǎn)品純度高一鍋法合成高純二甲基鎘的方法。
本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：
一鍋法合成高純二甲基鎘的方法，特點(diǎn)是：包括以下步驟：
1)原料的準(zhǔn)備，原料包含鎂粉、鹵化鎘、甲基鹵化物以及乙醚；
2)粗品的合成，原料一次性投入反應(yīng)釜；
3)粗品的分離；
4)粗品的純化。
進(jìn)一步地，上述的一鍋法合成高純二甲基鎘的方法，其中，步驟1)，乙醚除水至100ppm以下。
進(jìn)一步地，上述的一鍋法合成高純二甲基鎘的方法，其中，步驟2)，先投入固體原料，再投入液體原料。
進(jìn)一步地，上述的一鍋法合成高純二甲基鎘的方法，其中，反應(yīng)過程中鎂粉與甲基鹵化物合成的格式試劑濃度在1～3mol.l-1。
進(jìn)一步地，上述的一鍋法合成高純二甲基鎘的方法，其中，所述甲基鹵化物為氯甲烷、溴甲烷、碘甲烷中的一種或幾種。
進(jìn)一步地，上述的一鍋法合成高純二甲基鎘的方法，其中，所述鹵化鎘為氯化鎘、溴化鎘、碘化鎘中的一種或幾種。
進(jìn)一步地，上述的一鍋法合成高純二甲基鎘的方法，其中，所述鎂粉與甲基鹵化物的摩爾比為(1.05～1.2)：1，甲基鹵化物與鹵化鎘的摩爾比為(1.05～1.2)：1。
進(jìn)一步地，上述的一鍋法合成高純二甲基鎘的方法，其中，步驟2)，向燒瓶中，加入鹵化鎘、鎂粉、甲基鹵化物、乙醚，在盤管冷凝管的冷凝下，開啟攪拌，反應(yīng)8～10h，直至反應(yīng)釜中的混合液變粘稠、混合液不再回流后結(jié)束，得到粗品。
進(jìn)一步地，上述的一鍋法合成高純二甲基鎘的方法，其中，步驟3)，將粗品合成的反應(yīng)釜加熱常壓蒸出乙醚溶劑，全接入真空減壓抽出剩余的二甲基鎘-乙醚混合物，混合物用液氮冷卻的接收罐接收，接收所得混合物加熱除去其中的乙醚。
進(jìn)一步地，上述的一鍋法合成高純二甲基鎘的方法，其中，步驟4)，粗品在手套箱中倒入加入沸石的單口帶溫套燒瓶中進(jìn)行精餾，得到目標(biāo)產(chǎn)品。
進(jìn)一步地，上述的一鍋法合成高純二甲基鎘的方法，其中，步驟4)，純化溫度控制在105～115℃。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有顯著的優(yōu)點(diǎn)和有益效果，具體體現(xiàn)在以下方面：
本發(fā)明采用一鍋法直接合成，工藝簡便、操作簡單、周期短且產(chǎn)品純度高。經(jīng)1h-nmr檢測，該合成方法得到的二甲基鎘含量在99％以上，并且通過icp-oes檢測，二甲基鎘純度高達(dá)99.9999％。實現(xiàn)替代國外同類產(chǎn)品，響應(yīng)國家對于半導(dǎo)體行業(yè)所需前驅(qū)體全面國產(chǎn)化的號召。
具體實施方式
為了對本發(fā)明的技術(shù)特征、目的和效果有更加清楚的理解，現(xiàn)詳細(xì)說明具體實施方案。
一鍋法合成高純二甲基鎘的工藝步驟為：
1)原料的準(zhǔn)備，原料包含鎂粉、鹵化鎘、甲基鹵化物以及乙醚；乙醚除水至100ppm以下；甲基鹵化物為氯甲烷、溴甲烷、碘甲烷中的一種或幾種；鹵化鎘為氯化鎘、溴化鎘、碘化鎘中的一種或幾種；
2)粗品的合成，原料一次性投入反應(yīng)釜；先投入固體原料，再投入液體原料；反應(yīng)過程中鎂粉與甲基鹵化物合成的格式試劑濃度在1～3mol.l-1；鎂粉與甲基鹵化物的摩爾比為(1.05～1.2)：1，甲基鹵化物與鹵化鎘的摩爾比為(1.05～1.2)：1；粗品產(chǎn)率在85％以上；
3)粗品的分離；分離所得產(chǎn)品純度在90％以上；
4)粗品的純化，純化溫度控制在105～115℃；純化所得產(chǎn)品純度在99％以上；純化過程中第一餾分所占比例在20～30％，第二餾分目標(biāo)產(chǎn)物所占比例在40～60％，第三餾分所占比例在10～40％。
實施例中采用的實施條件可以根據(jù)具體要求進(jìn)一步調(diào)整，未注明的實施條件通常為常規(guī)條件。另外，沒有特殊說明時，組分的用量均為物質(zhì)的量(mol)和百分?jǐn)?shù)(％)，產(chǎn)品指標(biāo)均按照行業(yè)規(guī)范測試得到。
以下各實施例和對比例均是在攪拌的條件下，以鎂粉、鹵化鎘、甲基鹵化物、乙醚為原料，依次經(jīng)過合成、粗品分離、粗品純化制得目標(biāo)產(chǎn)物。合成過程所用裝置包括2l四口燒瓶、2l加熱套、攪拌裝置、溫度計套管、溫度計、盤管冷凝管、冷凍機(jī)等；粗品分離所用裝置包括2l四口燒瓶、2l加熱套、攪拌裝置、溫度計套管、溫度計、冷阱接收罐、真空泵等；粗品純化所用裝置包括1l單口帶溫套燒瓶、1l加熱套、精餾柱、1l單口燒瓶、500ml單口燒瓶、沸石等。
實施例1
粗品合成：向上述2l四口燒瓶中，加入1.0mol氯化鎘、1.21mol鎂粉、1.1mol碘甲烷、7.1mol乙醚，在盤管冷凝管的冷凝下，開啟攪拌，攪拌速率設(shè)定為600r/min，反應(yīng)8-10h，直至反應(yīng)釜中的混合液變粘稠、混合液不再回流后結(jié)束，所得粗品經(jīng)1h-nmr測試確認(rèn)為二甲基鎘，粗品用于后續(xù)分離。
粗品分離：將上述粗品合成中的2l反應(yīng)釜加熱至50℃常壓蒸出大部分乙醚溶劑后，全接入真空減壓抽出剩余的二甲基鎘-乙醚混合物，該混合物用液氮冷卻的接收罐接收，接收所得混合物加熱直至90℃除去其中的乙醚，所得粗品測試1h-nmr，產(chǎn)品有機(jī)純度93％，粗品中二甲基鎘含量為0.89mol，粗品產(chǎn)率96％，用于后續(xù)純化。
粗品純化：將上述粗品在手套箱中倒入1l加入沸石的單口帶溫套燒瓶中進(jìn)行精餾，得到目標(biāo)產(chǎn)品0.53mol，所得目標(biāo)產(chǎn)品測試1h-nmr，有機(jī)純度為99.5％；測試icp-oes，無機(jī)純度為99.99996％。
實施例2
粗品合成：向上述2l四口燒瓶中，加入1.0mol氯化鎘、1.21mol鎂粉、1.1mol溴甲烷、7.1mol乙醚，在盤管冷凝管的冷凝下，開啟攪拌，攪拌速率設(shè)定為600r/min，反應(yīng)8-10h，直至反應(yīng)釜中的混合液變粘稠、混合液不再回流后結(jié)束，所得粗品經(jīng)1h-nmr測試確認(rèn)為二甲基鎘，粗品用于后續(xù)分離。
粗品分離：將上述粗品合成中的2l反應(yīng)釜加熱至50℃常壓蒸出大部分乙醚溶劑后，全接入真空減壓抽出剩余的二甲基鎘-乙醚混合物，該混合物用液氮冷卻的接收罐接收，接收所得混合物加熱直至90℃除去其中的乙醚，所得粗品測試1h-nmr，產(chǎn)品有機(jī)純度94％，粗品中二甲基鎘含量為0.91mol，粗品產(chǎn)率91％，用于后續(xù)純化。
粗品純化：將上述粗品在手套箱中倒入1l加入沸石的單口帶溫套燒瓶中進(jìn)行精餾，得到目標(biāo)產(chǎn)品0.46mol，所得目標(biāo)產(chǎn)品測試1h-nmr，有機(jī)純度為99.6％；測試icp-oes，無機(jī)純度為99.99994％。
對比例1
本例基本同實施例1，不同的是，本例中所用的鹵化鎘為溴化鎘，用量也為1mol。
粗品測試1h-nmr，產(chǎn)品有機(jī)純度94％，粗品中二甲基鎘含量為0.91mol，粗品產(chǎn)率91％；所得目標(biāo)產(chǎn)品測試1h-nmr，有機(jī)純度為99.7％；測試icp-oes，無機(jī)純度為99.99998％。
對比例2
本例基本同實施例2，不同的是，本例中所用的鹵化鎘為溴化鎘，用量也為1mol。
粗品測試1h-nmr，產(chǎn)品有機(jī)純度92％，粗品中二甲基鎘含量為0.89mol，粗品產(chǎn)率89％；所得目標(biāo)產(chǎn)品測試1h-nmr，有機(jī)純度為99.4％；測試icp-oes，無機(jī)純度為99.99993％。
本發(fā)明采用一鍋法直接合成，工藝簡便、操作簡單、周期短且產(chǎn)品純度高。經(jīng)1h-nmr檢測，該合成方法得到的二甲基鎘含量在99％以上，并且通過icp-oes檢測，二甲基鎘純度高達(dá)99.9999％。實現(xiàn)替代國外同類產(chǎn)品，響應(yīng)國家對于半導(dǎo)體行業(yè)所需前驅(qū)體全面國產(chǎn)化的號召。
需要說明的是：以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，并非用以限定本發(fā)明的權(quán)利范圍；同時以上的描述，對于相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的專門人士應(yīng)可明了及實施，因此其它未脫離本發(fā)明所揭示的精神下所完成的等效改變或修飾，均應(yīng)包含在申請專利范圍中。