二甲基二氯硅烷
IUPAC名 Dichlorodi(methyl)silane
别名
二氯二甲基硅烷 二甲二氯硅烷 DMDCS
识别
CAS号
75-78-5 Y
PubChem
6398
ChemSpider
6158
SMILES
InChI
1/C2H6Cl2Si/c1-5(2,3)4/h1-2H3
InChIKey
LIKFHECYJZWXFJ-UHFFFAOYAT
UN编号
1162
RTECS
VV3150000
性质
化学式
C2 H6 Cl2 Si
摩尔质量
129.06 g·mol−1
外观
透明液体
密度
1.07 g·cm−3 (l)
熔点
-76 °C(197 K)
沸点
70 °C(343 K)
溶解性 (水 )
水解
危险性
GHS危险性符号
GHS提示词
Danger
H-术语
H225 , H315 , H319 , H335
P-术语
P210 , P233 , P240 , P241 , P242 , P243 , P261 , P264 , P271 , P280 , P302+352 , P303+361+353 , P304+340 , P305+351+338
若非注明,所有数据均出自标准状态(25 ℃,100 kPa) 下。
二甲基二氯硅烷 (化学式:Si(CH3 )2 Cl2 )是一种有四面体 分子结构的有机硅化合物 ,室温下为无色液体,会与水反应形成链状或环状的硅氧树脂 。二甲基二氯硅烷在工业上主要作为二甲基硅氧烷或聚硅烷的前体 而生产。
历史
1863年,查尔斯·弗里德尔 和詹姆斯·克拉夫茨 由二乙基锌 和四氯化硅 合成了第一个有机硅化合物四乙基硅烷[ 1] 。不过对有机硅化合物的研究则是直至弗雷德里克·基平 与其学生通过四氯化硅与格氏试剂 制备二氯硅烷(R2 SiCl2 )后才开始兴盛[ 2] 。
在1930年代,出于对更好的电机绝缘体 和飞机引擎密封材料的需求,人们对有机硅材料的关注与日俱增,因此开始寻找大规模生产二甲基二氯硅烷的方法。为此通用电气 、康宁公司 和陶氏化工 合资建立了陶康宁公司 ,专门从事研究生产有机硅化合物。在1941至1942年间,通用电气的化学家尤金·乔治·罗乔 和德国的理查德·穆勒 发现了一种可用于工业生产的二甲基二氯硅烷合成方法[ 1] ,使用硅 与一氯甲烷 在铜催化剂存在下直接合成。
制备
罗乔的直接合成法是将一氯甲烷输送过装有磨细的硅和氯化亚铜 的加热管道[ 2] ,而现在工业上的方法是将磨细的硅放置在流化床 反应器中,并用氧化亚铜 催化,吹入一氯甲烷来合成二甲基二氯硅烷。
2 CH3 Cl + Si → (CH3 )2 SiCl2
反应的机理尚不清楚,但铜催化剂是必需的。
该反应的副产物有CH3 SiCl3 、CH3 SiHCl2 和(CH3 )3 SiCl ,可以通过分馏 分离[ 3] :
产物
产率 (%)
沸点 (°C)
(CH3 )2 SiCl2
80–90
70.0
CH3 SiCl3
5–15
65.7
CH3 SiHCl2
3–5
40.7
(CH3 )3 SiCl
3–5
57.3
反应
二甲基二氯硅烷会发生水解 形成链状或环状的硅氧树脂 ,聚合度取决于反应体系中的端基浓度,反应速率取决于试剂在水-有机相边界的转移,因此反应在湍流下效率最高,改变反应介质可以最大化特定产物的产率[ 3] 。
n (CH3 )2 SiCl2 + n H2 O → [(CH3 )2 SiO]n + 2n HCl
m (CH3 )2 SiCl2 + (m +1)H2 O → HO[Si(CH3 )2 O]m H + 2m HCl
二甲基二氯硅烷与甲醇 反应生成二甲氧基二甲基硅烷:
(CH3 )2 SiCl2 + 2CH3 OH → (CH3 )2 Si(OCH3 )2 + 2HCl
二甲氧基二甲基硅烷的水解速率更慢,但没有盐酸 副产物:
n (CH3 )2 Si(OCH3 )2 + n H2 O → [(CH3 )2 SiO]n + 2n CH3 OH
二甲基二氯硅烷易水解,不宜在空气中使用,但可以通过胺化 改善该问题:
(CH3 )2 SiCl2 + 4HN(CH3 )2 → (CH3 )2 Si[N(CH3 )2 ]2 + 2H2 N(CH3 )2 Cl
二甲基二氯硅烷胺化后与二硅醇共聚会得到一种交替的聚合物[ 4] :
n (CH3 )2 Si[N(CH3 )2 ]2 + n HO(CH3 )2 SiSi(CH3 )2 OH → [-(CH3 )2 SiO(CH3 )2 SiSi(CH3 )2 O-]n + 2n HN(CH3 )2
金属钠 可聚合二甲基二氯硅烷,得到含Si-Si主链的低聚硅烷,如十二甲基环己硅烷 [ 5] :
6 (CH3 )2 SiCl2 + 12 M → ((CH3 )2 Si)6 + 12 MCl
该反应的副产物有聚二甲基硅烷和十甲基环戊硅烷,根据添加的二氯硅烷前体种类(如Ph2 SiCl2 )可以调整聚合物的性能[ 3] 。在有机合成中,Me2 SiCl2 和Ph2 SiCl2 被用作偕二醇 的保护基 。
应用
装有二甲基二氯硅烷的容器,摄于日本
二甲基二氯硅烷的最主要用途是合成其他的有机硅化合物,如聚硅烷、硅氧树脂等[ 3] 。二甲基二氯硅烷可以用作玻璃涂层,防止其吸附微粒[ 6] 。
参考文献
^ 1.0 1.1 Silicon: Organosilicon Chemistry. Encyclopedia of Inorganic Chemistry Online, 2nd ed.; Wiley: New Jersey, 2005. doi :10.1002/0470862106.ia220
^ 2.0 2.1 Rochow, Eugene G. Dimethyldichlorosilane. Inorg. Synth. 1950, 3 : 56–58. doi:10.1002/9780470132340.ch14 .
^ 3.0 3.1 3.2 3.3 Polysiloxanes and Polysilanes. Encyclopedia of Inorganic Chemistry Online, 2nd ed.; Wiley: New Jersey, 2005. doi :10.1002/0470862106.ia201
^ Ulrich Lauter,† Simon W. Kantor, Klaus Schmidt-Rohr, and
William J. MacKnight, Vinyl-Substituted Silphenylene Siloxane Copolymers: Novel High-Temperature Elastomers. Macromolecules . 1999, 32 , pp 3426-3431. doi :10.1021/ma981292f
^ West, Robert; Brough, Lawrence; Wojnowski, Wieslaw. Dodecamethylcyclohexasilane. Inorganic Syntheses. 2007: 265–268. ISBN 9780470132500 . doi:10.1002/9780470132500.ch62 .
^ Monjushiro, H. et al. "Size sorting of biological micro-particles by Newton-ring nano-gap device" Elsevier December 7, 2005