Dimetildiklorosilan
Dimetildiklorosilan je tetraderična, organsko silicijeva spojina s formulo Si(CH3)2Cl2. Pri sobni temperaturi je brezbarvna tekočina, ki zlahka reagira z vodo in tvori linearne in ciklične Si-O verige. Dimetildiklorosilan se industrijsko proizvaja kot glavni prekurzor dimetilsilikona in polisilanskih spojin.
Zgodovina
O prvih organsko silicijevih spojinah sta prvič poročala Charles Friedel in James Crafts leta 1863, ki sta iz dietilcinka in silicijevega tetraklorida sintetizirala tetraetilsilan.<ref name=Sakurai>H. Sakurai: Silicon, Organosilicon Chemistry. Encyclopedia of Inorganic Chemistry, 2. izdaja. New Jersey, Wiley 2005.</ref> Večji napredek v kemiji organsko silicijevih spojin je bil dosežen šele, ko je Frederick Kipping s svojimi študenti začel eksperimentirati z diorganodiklorosilani (R2SiCl2), ki so bili pripravljeni z reakcijo silicijevega tetraklorida z Grignardovimi reagenti. Za žalost je imela ta metoda veliko eksperimentalnih težav.<ref name=Rochow>E. G. Rochow, W. S. Tatlock: Dimethyldichlorosilane, Inorg. Synth. 1950, 3, str. 56–58.</ref> V tridesetih letih 20. stoletja se je povpraševanje po silikonih povečalo zaradi potrebe po boljših izolatorjih za električne motorje in tesnilnih materialih za letalske motorje, s tem pa tudi potreba po učinkovitejši sintezi dimetildiklorosilana. Da bi rešili ta problem, so družbe General Electric, Corning Glass Works in Dow Chemical Company sklenile partnerstvo, ki je na koncu preraslo v družbo Dow Corning Company. V letih 1941-1942 sta Eugene G. Rochow, kemik iz podjetja General Electric, in Richard Müller, ki sta neodvisno delala v Nemčiji, našla alternativno sintezo dimetildiklorosilana, ki je omogočila njegovo industrijsko proizvodnjo. V tridesetih letih 20. stoletja se je povpraševanje po silikonih povečalo zaradi potrebe po boljših izolatorjih za električne motorje in tesnilnih materialih za letalske motorje, s tem pa tudi potreba po učinkovitejši sintezi dimetildiklorosilana. in Richard Müller, ki sta neodvisno delala v Nemčiji, našla alternativno sintezo dimetildiklorosilana, ki je omogočila njegovo industrijsko proizvodnjo.<ref name=Sakurai/>Ta neposredna sinteza ali neposredni postopek, ki se uporablja v današnji industriji, vključuje reakcijo elementarnega silicija z metilkloridom v prisotnosti bakrovega katalizatorja.
Priprava
Pri Rochowovi sintezi je metilklorid prehajal skozi segreto cev, napolnjeno z zmletim silicijem in bakrovim(I) kloridom.<ref name=Rochow>U. Lauter, S. W. Kantor, K. Schmidt-Rohr, W. J. MacKnight: Vinyl-Substituted Silphenylene Siloxane Copolymers: Novel High-Temperature Elastomers, Macromolecules. 1999, 32, str. 3426-3431.</ref> Pri sedanji industrijski metodi se fino zmleti silicij nahaja v reaktorju s tekočim slojem pri približno 300 °C. Katalizator se uporablja kot Cu2O. Metilklorid se nato pretaka skozi reaktor, pri čemer nastaja predvsem dimetildiklorosilan.
- 2 CH3Cl + Si → (CH3Cl)2SiCl2
Mehanizem neposredne sinteze ni znan, vendar je bakrov katalizator bistvenega pomena za potek reakcije. Poleg dimetildiklorosilana so produkti te reakcije še CH3SiCl3, CH3SiHCl2 in (CH3)2SiCl, ki jih ločimo med seboj s frakcijsko destilacijo. Donosi in vrelišča teh produktov so prikazani v naslednji tabeli.<ref name=Mitra>A. Mitra, D. A. Atwood: Polysiloxanes and Polysilanes, Encyclopedia of Inorganic Chemistry Online, 2. izdaja. New Jersey, Wiley 2005.</ref>
| Spojina | Donos (%) | Vrelišče (°C) |
|---|---|---|
| (CH3)2SiCl2 | 80–90 | 70.0 |
| CH3SiCl3 | 5–15 | 65.7 |
| CH3SiHCl2 | 3–5 | 40.7 |
| (CH3)3SiCl | 3–5 | 57.3 |
Glavne reakcije
Dimetildiklorosilan hidrolizira in tvori linearne in ciklične silikone, spojine, ki vsebujejo Si-O ogrodje. Dolžina nastalega polimera je odvisna od koncentracije skupin, ki zaključujejo verigo in so dodane reakcijski zmesi. Hitrost reakcije je odvisna od prenosa reagentov prek fazne meje med vodno in organsko fazo, zato je reakcija najučinkovitejša v turbulentnih pogojih. Reakcijsko sredstvo lahko še dodatno spreminjamo, da bi povečali izkoristek določenega produkta.
- n(CH3)2SiCl2 + nH2O → [(CH3)2SiO]n + 2nHCl
- m(CH3)2SiCl2 + (m+1)H2O → HO[Si(CH3)2O]mH + 2mHCl
Dimetildiklorosilan reagira z metanolom, pri čemer nastajajo dimetoksidimetilsilani.
- (CH3)2SiCl2 + 2CH3OH → (CH3)2Si(OCH3)2 + 2HCl
Čeprav je hidroliza dimetoksidimetilsilanov počasnejša, je ugodnejša, kadar je neželjen stranski produkt klorovodikova kislina:<ref name=Mitra/>
- n(CH3)2Si(OCH3)2 + nH2O → [(CH3)2SiO]n + 2nCH3OH
Ker se dimetildiklorosilan zlahka hidrolizira, se z njim ne sme ravnati na zraku. Ena od metod za odpravo te težave je pretvorba v manj reaktiven bis(dimetilamino)silan.
- (CH3)2SiCl2 + 4HN(CH3)2 → (CH3)2Si[N(CH3)2]2 + 2H2N(CH3)2Cl
Druga prednost pretvorbe dimetildiklorosilana v bis(dimetilamino)silan je, da v kombinaciji z disilanolnim komonomerom tvori natančno alternirajoč polimer.<ref name=Lauter>U. Lauter, S. W. Kantor, K. Schmidt-Rohr, W. J. MacKnight: Vinyl-Substituted Silphenylene Siloxane Copolymers: Novel High-Temperature Elastomers, Macromolecules. 1999, 32, str. 3426-3431.</ref>A. Mitra, D. A. Atwood: Polysiloxanes and Polysilanes, Encyclopedia of Inorganic Chemistry Online, 2. izdaja. New Jersey, Wiley 2005.</ref>
- n(CH3)2Si[N(CH3)2]2 + nHO(CH2)2SiRSi(CH2)2OH → [(CH3)2SiO(CH2)2SiRSi(CH2)2O]n + 2nHN(CH3)2
Kovinski natrij se lahko uporabi za polimerizacijo dimetildiklorosilana, pri čemer nastanejo polisilanske verige s Si-Si ogrodjem. Na primer, dodekametilcikloheksasilan se lahko pripravi na naslednji način:<ref name=West>R. West, L. Brough, W. Wojnowski: Dodecamethylcyclohexasilane, Inorganic Syntheses. 1979, 19, str. 265–268.</ref>
- 6 (CH3)2SiCl2 + 12 M → ((CH3)2Si)6 + 12 MCl
Pri reakciji nastaneta tudi polidimetilsilan in dekametilpentasilan. Za prilagoditev lastnosti polimera lahko dodamo različne vrste prekurzorjev diklorosilana, kot je Ph2SiCl2<ref name=West/> V organski sintezi se (skupaj s svojim bližnjim sorodnikom difenildiklorosilanom) uporablja kot zaščitna skupina za gem-diole.
Uporaba
Glavni namen dimetildiklorosilana je uporaba v sintezi silikonov, industrija, ki je bila leta 2005 ocenjena na več kot 10 milijard dolarjev na leto. Uporablja se tudi pri proizvodnji polisilanov, ki so prekurzorji silicijevega karbida.<ref name=Mitra/>V praksi se lahko diklorodimetilsilan uporablja kot premaz na steklu, da se prepreči adsorpcija mikrodelcev.<ref>H. Monjushiro, M. Hatta, H. Watari: Size sorting of biological micro-particles by Newton-ring nano-gap device, Journal of Chromatography A. 2005, 1106, str. 205-210.</ref>
Viri in literatura
<references />
