Διμεθυλοσιλάνιο

Διμεθυλοσιλάνιο
Γενικά
Όνομα IUPAC	Διμεθυλοσιλάνιο
Άλλες ονομασίες	(Μεθυλοσιλυλο)μεθάνιο 2-σιλαπροπάνιο
Χημικά αναγνωριστικά
Χημικός τύπος	C2H8Si
Μοριακή μάζα	60,1704 ± 0,0025 amu
Σύντομος συντακτικός τύπος	CH3SiH2CH3
Συντομογραφίες	Me2SiH2
Αριθμός CAS	1111-74-6
SMILES	C[SiH2]C
Αριθμός EINECS	214-184-7
Αριθμός UN	3161
Ισομέρεια
Ισομερή θέσης	1 Αιθυλοσιλάνιο
Φυσικές ιδιότητες
Σημείο τήξης	-150,2 °C
Σημείο βρασμού	-19,6 °C
Πυκνότητα	680 kg/m³ (-80 °C) 591 g/m³ (1 bar, -15 °C) 2,73 kg/m³ (1.013 mbar, 0 °C)
Διαλυτότητα στο νερό	Υδρολύεται
Χημικές ιδιότητες
Ελάχιστη θερμοκρασία ανάφλεξης	-30 °C
Σημείο αυτανάφλεξης	205 °C
Επικινδυνότητα
Εύφλεκτο
Φράσεις κινδύνου	12
Φράσεις ασφαλείας	9, 16, 29, 33
Κίνδυνοι κατά NFPA 704	4 1 1
Εκτός αν σημειώνεται διαφορετικά, τα δεδομένα αφορούν υλικά υπό κανονικές συνθήκες περιβάλλοντος (25°C, 100 kPa).

Το διμεθυλοσιλάνιο (αγγλικά dimethylsilane) είναι οργανική χημική ένωση, που περιέχει άνθρακα, υδρογόνο και πυρίτιο, με μοριακό τύπο C₂H₈Si, αν και συνήθως παριστάνεται από τους ημισυντακτικούς του τύπους, (CH₃)₂SiH₂ και CH₃SiH₂CH₃, ή ακόμη συντομογραφικά Me₂SiH₂. Είναι ένα αλκυλοσιλάνιο. Το χημικά καθαρό διμεθυλοσιλάνιο, στις κανονικές συνθήκες περιβάλλοντος, δηλαδή σε θερμοκρασία 25°C και υπό πίεση 1 atm, είναι εύφλεκτο αέριο, που σχηματίζει εκρηκτικά μείγματα με τον αέρα. Χρησιμοποιείται για χημική απόθεση ατμών, από τη βιομηχανία παραγωγής ημιαγωγών.

Ονοματολογία

Από τις παραπάνω ονομασίες:

1. Η ονομασία «διμεθυλοσιλάνιο» προκύπτει αν η ένωση θεωρηθεί διυποκατεστημένο σιλάνιο (SiH₄), δηλαδή δύο άτομα υδρογόνου έχουν αντικατασταθεί από δύο μεθύλια(CH₃).
2. Η ονομασία «(μεθυλοσιλυλο)μεθάνιο» δεύτερη προκύπτει αν η ένωση θεωρηθεί υποκατεστημένο μεθάνιο (CH₄), δηλαδή ένα άτομο υδρογόνου έχει αντικατασταθεί από μεθυλοσιλύλιο (CH₃SiH₂).
3. Η ονομασία «2-σιλαπροπάνιο» προκύπτει από την «ονοματολογία αντικαταστάσεως», σύμφωνα με την οποία η ένωση θεωρείται προπάνιο (CH₃CH₂CH₃) στο οποίο έχει αντικατασταθεί το άτομο άνθρακα (C) #2 από πυρίτιο (Si).

Ισομέρεια

Με βάση το μοριακό τύπο του, C₂H₈Si, έχει ένα ισομερές θέσης: το αιθυλοσιλάνιο.

Δομή

Η δομή του ομοιάζει γεωμετρικά με αυτήν του προπανίου. Ωστόσο οι δεσμοί C-Si και Si-Η είναι πολωμένοι κατά την έννοια C^δ--Si^δ+ και Si^δ+-H^δ-, αντίστοιχα, γιατί το πυρίτιο έχει μικρότερη ηλεκτραρνητικότητα (1,90 κατά Paouling) και από τον άνθρακα (2,55 κατά Paouling) και από το υδρογόνο (2,20 κατά Paouling).

Δεσμοί
Δεσμός	τύπος δεσμού	ηλεκτρονική δομή	Μήκος δεσμού	Ιονισμός
C-H	σ	2sp³-1s	107 pm	3% C- H+
C-Si	σ	2sp³-3sp³	188 pm	10,5% C- Si+
Si-H	σ	3sp³-1s	143 pm	3% Si+ H-
Γωνίες
HCSi	109° 28'
CSiH	109° 28'
HCH	109° 28'
HSiH	109° 28'
Στατιστικό ηλεκτρικό φορτίο
C	-0,195
Η (Si-H)	-0,03
Η (C-H)	+0,03
Si	+0,27

Παραγωγή

Με διμεθυλοψευδάργυρο

Το διμεθυλοσιλάνιο μπορεί να παραχθεί σε ποσοτκή απόδοση με επίδραση διχλωροσιλανίου (SiH₂Cl₂) σε περίσσεια ατμών διμεθυλοψευδαργύρου [Zn(CH₃)₂].

$\mathrm {SiH_{2}Cl_{2}+Zn(CH_{3})_{2}{\xrightarrow {}}CH_{3}SiH_{2}CH_{3}+ZnCl_{2}}$

Με αναγωγή διμεθυλοδιχλωροσιλανίου

Το διμεθυλοσιλάνιο μπορεί να παραχθεί, επίσης, με αναγωγή διμεθυλοδιχλωροσιλανίου [(CH₃)₂SiCl₂], με κάποιο κατάλληλο αναγωγικό μέσο, όπως το λιθιοαργιλιοϋδρίδιο (LiAlH₄):

$\mathrm {2(CH_{3})_{2}SiCl_{2}+LiAlH_{4}{\xrightarrow {}}2CH_{3}SiH_{2}CH_{3}+LiCl+AlCl_{3}}$

Με οργανομαγνησιακή ένωση

Με επίδραση μεθυλομαγνησιοϊωδίδιου (CH₃MgI) σε διχλωροσιλάνιο (SiH₂Cl₂) παράγεται διμεθυλοσιλάνιο:

$\mathrm {2CH_{3}I+2Mg{\xrightarrow {|Et_{2}O|}}2CH_{3}MgI{\xrightarrow {+SiH_{2}Cl_{2}}}CH_{3}SiH_{2}CH_{3}+2MgClI\downarrow }$

Με μεθυλολίθιο και σιλυλενοδιχλωρίδιο

Με επίδραση μεθυλολιθίου (CH₃Li) σε διχλωροσιλάνιο (SiH₂Cl₂) παράγεται διμεθυλοσιλάνιο:

$\mathrm {2CH_{3}X+4Li{\xrightarrow[{|Et_{2}O|,-10^{o}C}]{-2LiX}}2CH_{3}Li{\xrightarrow {+SiH_{2}Cl_{2}}}CH_{3}SiH_{2}CH_{3}+LiCl}$

Χημική συμπεριφορά και παράγωγα

Το διμεθυλοσιλάνιο έχει ισχυρές αναγωγικές ιδιότητες, καθώς συνδυάζει τη συμπεριφορά καρβιδίου με εκείνη υδριδίου.

Πυρηνόφιλη υποκατάσταση

Διάφορα πυρηνόφιλα (Nu^-) αντιδραστήρια, διασπούν, ανάλογα με τις συνθήκες, το δεσμό C-Si ή έναν από τους δεσμούς Si-Η (πιο εύκολα). Οι μηχανισμοί που επικρατούν είναι οι S_N² και S_Nⁱ. Στην πρώτη περίπτωση σχηματίζεται ενδιάμεσο ασταθές προϊόν γενικού τύπου [CH₃SiH₃Nu]^- με δομή τριγωνικής διπυραμίδας, αφού το πυρίτιο μπορεί να αξιοποιεί και τα 3d τροχιακά του με υβριδισμό 3sp³d. Η γενική μορφή της πυρηνόφιλης υποκατάστασης σε διμεθυλοσιλάνιο είναι η ακόλουθη:.

$\mathrm {CH_{3}SiH_{2}CH_{3}+ANu{\xrightarrow {BF_{3}}}(CH_{3})_{2}SiHNu+AH}$

• Με ANu συμβολίζεται πυρηνόφιλο αντιδραστήριο.
• Ο ρόλος του BF₃ είναι να σχηματίζει το ενδιάμεσο σύμπλοκο [ANu-BF₃] και διευκολύνει την ενεργοποίηση του ANu.
• Παραδείγματα:

Διμεθυλοσιλανόλη

1. Με επίδραση νερού (H₂O) σε διμεθυλοσιλάνιο παράγεται υδρογόνο και διμεθυλοσιλανόλη

$\mathrm {CH_{3}SiH_{2}CH_{3}+H_{2}O{\xrightarrow {BF_{3}}}(CH_{3})_{2}SiHOH+H_{2}\uparrow }$

• A = H, Nu = OH.

2. Με επίδραση αλκοόλης (ROH) σε διμεθυλοσιλάνιο παράγεται το αντίστοιχο στην αλκοόλη αλκάνιο (RH) και διμεθυλοσιλανόλη

$\mathrm {CH_{3}SiH_{2}CH_{3}+ROH{\xrightarrow {BF_{3}}}(CH_{3})_{2}SiHOH+RH}$

• A = R, Nu = OH.

Αλκοξυδιμεθυλοσιλάνιο

Με επίδραση αιθέρα (ROR) σε διμεθυλοσιλάνιο παράγεται το αντίστοιχο στον αιθέρα αλκάνιο (RH) και αλκοξυδιμεθυλοσιλάνιο [(CH₃)₂SiHOR]

$\mathrm {CH_{3}SiH_{2}CH_{3}+ROR{\xrightarrow {BF_{3}}}(CH_{3})_{2}SiHOR+RH}$

• A = R, Nu = OR.

Αλκινυλοδιμεθυλοσιλάνιο

Με επίδραση αλκινίων (RC ≡ CH) σε διμεθυλοσιλάνιο παράγεται υδρογόνο και αλκινυλοδιμεθυλοσιλάνιο [(CH₃)₂SiHC ≡ CR]

$\mathrm {CH_{3}SiH_{2}CH_{3}+RC\equiv CH{\xrightarrow {BF_{3}}}(CH_{3})_{2}SiHC\equiv CR+H_{2}\uparrow }$

• A = H, Nu = RC ≡ C.

Διμεθυλοκαρβαλκοξυσιλάνιο

Με επίδραση εστέρα (RCOOR) σε διμεθυλοσιλάνιο παράγεται το αντίστοιχο στον εστέρα αλκάνιο (RH) και διμεθυλοκαρβαλκοξυσιλάνιο [(CH₃)₂SiHOOCR, εστέρας της διμεθυλοσιλανόλης]

$\mathrm {CH_{3}SiH_{2}CH_{3}+RCOOR{\xrightarrow {BF_{3}}}(CH_{3})_{2}SiHOOCR+RH}$

• A = R, Nu = RCOO.

Διμεθυλοσιλανονιτρίλιο

Με επίδραση νιτριλίων (RCN) σε διμεθυλοσιλάνιο παράγεται το αντίστοιχο στο νιτρίλιο αλκάνιο (RH) και διμεθυλοσιλανονιτρίλιο

$\mathrm {CH_{3}SiH_{2}CH_{3}+RCN{\xrightarrow {BF_{3}}}(CH_{3})_{2}SiHCN+RH}$

• A = R, Nu = CN.

Αλκυλοδιμεθυλοσιλάνιο

Με επίδραση οργανομεταλλικών ενώσεων (π.χ RNa) σε διμεθυλοσιλάνιο παράγεται το αντίστοιχο υδρίδιο (π.χ. NaH) και αλκυλοδιμεθυλοσιλάνιο [(CH₃)₂SiHR]

$\mathrm {CH_{3}SiH_{2}CH_{3}+RNa{\xrightarrow {BF_{3}}}(CH_{3})_{2}SiHR+NaH}$

• A = Na, Nu = R.

Διμεθυλοσιλανοθειόλη

Με επίδραση θειόλης (RSH) σε διμεθυλοσιλάνιο παράγεται το αντίστοιχο στη θειόλη αλκάνιο (RH) και διμεθυλοσιλανοθειόλη

$\mathrm {CH_{3}SiH_{2}CH_{3}+RSH{\xrightarrow {BF_{3}}}(CH_{3})_{2}SiHSH+RH}$

• A = R, Nu = SH.

Αλκυλοθειοδιμεθυλοσιλάνιο

Με επίδραση θειαιθέρα (RSR) σε διμεθυλοσιλάνιο παράγεται το αντίστοιχο στο θειαιθέρα αλκάνιο (RH) και αλκυλοθειοδιμεθυλοσιλάνιο [(CH₃)₂SiHSR]

$\mathrm {CH_{3}SiH_{2}CH_{3}+RSR{\xrightarrow {BF_{3}}}(CH_{3})_{2}SiHSR+RH}$

• A = R, Nu = SR.

Διμεθυλοσιλιλαλογονίδιο

Με επίδραση αλκυλαλογονίδιου (RX) σε διμεθυλοσιλάνιο παράγεται το αντίστοιχο αλκάνιο (RH) και διμεθυλοσιλυλοχλωρίδιο [(CH₃)₂SiHΧ]

$\mathrm {CH_{3}SiH_{2}CH_{3}+RX{\xrightarrow {BF_{3}}}(CH_{3})_{2}SiHX+RH}$

• A = R, Nu = X.

Διμεθυλοσιλαναμίνες

1. Με επίδραση αμμωνίας (NH₃) σε διμεθυλοσιλάνιο παράγεται υδρογόνο και διμεθυλοσιλαναμίνη:

$\mathrm {CH_{3}SiH_{2}CH_{3}+NH_{3}{\xrightarrow {BF_{3}}}(CH_{3})_{2}SiHNH_{2}+H_{2}\uparrow }$

• A = H, Nu = NH₂.

2. Με επίδραση πρωτοταγούς αμίνης (RNH₂) σε διμεθυλοσιλάνιο παράγεται υδρογόνο και Ν-αλκυλοδιμεθυλοσιλαναμίνη [(CH₃₂)SiHNHR]:

$\mathrm {CH_{3}SiH_{2}CH_{3}+RNH_{2}{\xrightarrow {BF_{3}}}(CH_{3})_{2}SiHNHR+H_{2}\uparrow }$

• A = Η, Nu = RNH.

3. Με επίδραση δευτεροταγούς αμίνης (R₂NH) σε διμεθυλοσιλάνιο παράγεται υδρογόνο και Ν,N-διαλκυλοδιμεθυλοσιλαναμίνη [(CH₃)₂SiHNR₂]:

$\mathrm {CH_{3}SiH_{2}CH_{3}+R_{2}NH{\xrightarrow {BF_{3}}}(CH_{3})_{2}SiHNR_{2}+H_{2}\uparrow }$

• A = Η, Nu = R₂N.

Προσθήκη

1. Προσθήκη σε διπλούς δεσμούς. Π.χ. με αιθένιο δίνει διμεθυλοσιλυλαιθάνιο:

$\mathrm {CH_{3}SiH_{2}CH_{3}+CH_{2}=CH_{2}{\xrightarrow {}}CH_{3}CH_{2}SiH(CH_{3})_{2}}$

2. Προσθήκη σε τριπλούς δεσμούς. Π.χ. με αιθίνιο δίνει διμεθυλοσιλυλαιθένιο:

$\mathrm {CH_{3}SiH_{2}CH_{3}+HC\equiv CH{\xrightarrow {}}CH_{2}=CHSiH(CH_{3})_{2}}$

3. Προσθήκη σε συζηγείς διπλούς δεσμούς. Π.χ. με 1,3-βουταδιένιο δίνει (2-βουτενυλο)διμεθυλοσιλάνιο:

$\mathrm {CH_{3}SiH_{2}CH_{3}+CH_{2}=CHCH=CH_{2}{\xrightarrow {}}CH_{3}CH=CHCH_{2}SiH(CH_{3})_{2}+4H_{2}O}$

4. Προσθήκη σε ενώσεις με τριμελείς ή τετραμελείς ισοκυκλικούς δακτυλίους. Π.χ. με κυκλοπροπάνιο δίνει διμεθυλοπροπυλοσιλάνιο:

$\mathrm {+CH_{3}SiH_{2}CH_{3}{\xrightarrow {}}CH_{3}CH_{2}CH_{2}SiH(CH_{3})_{2}}$

5. Προσθήκη σε ενώσεις με τριμελείς ή τετραμελείς ετεροκυκλικούς δακτυλίους. Π.χ. με οξιράνιο δίνει αιθοξυδιμεθυλοσιλάνιο:

$\mathrm {+CH_{3}SiH_{2}CH_{3}{\xrightarrow {}}CH_{3}CH_{2}OSiH(CH_{3})_{2}}$

Παρεμβολή μεθυλενίου

Με επίδραση μεθυλενίου ([:CH₂]) σε διμεθυλοσιλάνιο παράγεται μείγμα αιθυλομεθυλοσιλάνιου (CH₃CH₂SiH₂CH₃) και τριμεθυλοσιλάνιου [(CH₃)₃SiH):

$\mathrm {CH_{3}SiH_{2}CH_{3}+CH_{3}Cl+KOH{\xrightarrow {}}{\frac {3}{4}}CH_{3}CH_{2}SiH_{2}CH_{3}+{\frac {1}{4}}(CH_{3})_{3}SiH+KCl+H_{2}O}$

Πηγές

• Γ. Βάρβογλη, Ν. Αλεξάνδρου, Οργανική Χημεία, Αθήνα 1972
• Α. Βάρβογλη, «Χημεία Οργανικών Ενώσεων», παρατηρητής, Θεσσαλονίκη 1991
• SCHAUM'S OUTLINE SERIES, ΟΡΓΑΝΙΚΗ ΧΗΜΕΙΑ, Μτφ. Α. Βάρβογλη, 1999
• Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982