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二甲基二氯硅烷

化合物

二甲基二氯硅烷（化學式：Si(CH3)2Cl2）是一種有四面體分子結構的有機硅化合物，室溫下為無色液體，會與水反應形成鏈狀或環狀的硅氧樹脂。二甲基二氯硅烷在工業上主要作為二甲基硅氧烷或聚硅烷的前體而生產。

二甲基二氯硅烷
IUPAC名
Dichlorodi(methyl)silane
別名 二氯二甲基硅烷
二甲二氯硅烷
DMDCS
識別
CAS號 75-78-5  checkY
PubChem 6398
ChemSpider 6158
SMILES
 
  • C[Si](C)(Cl)Cl
InChI
 
  • 1/C2H6Cl2Si/c1-5(2,3)4/h1-2H3
InChIKey LIKFHECYJZWXFJ-UHFFFAOYAT
UN編號 1162
RTECS VV3150000
性質
化學式 C2H6Cl2Si
摩爾質量 129.06 g·mol−1
外觀 透明液體
密度 1.07 g·cm−3 (l)
熔點 -76 °C（197 K）
沸點 70 °C（343 K）
溶解性（水） 水解
危險性
GHS危險性符號
《全球化學品統一分類和標籤制度》（簡稱「GHS」）中易燃物的標籤圖案《全球化學品統一分類和標籤制度》（簡稱「GHS」）中有害物質的標籤圖案
GHS提示詞 Danger
H-術語 H225, H315, H319, H335
P-術語 P210, P233, P240, P241, P242, P243, P261, P264, P271, P280, P302+352, P303+361+353, P304+340, P305+351+338
若非註明，所有數據均出自標準狀態（25 ℃，100 kPa）下。

歷史

1863年，查爾斯·弗里德爾和詹姆斯·克拉夫茨由二乙基鋅和四氯化硅合成了第一個有機硅化合物四乙基硅烷[1]。不過對有機硅化合物的研究則是直至弗雷德里克·基平（英語：Frederick Kipping）與其學生通過四氯化硅與格氏試劑製備二氯硅烷（R2SiCl2）後才開始興盛[2]。

在1930年代，出於對更好的電機絕緣體和飛機引擎密封材料的需求，人們對有機硅材料的關注與日俱增，因此開始尋找大規模生產二甲基二氯硅烷的方法。為此通用電氣、康寧公司和陶氏化工合資建立了陶康寧公司（英語：Dow Corning），專門從事研究生產有機硅化合物。在1941至1942年間，通用電氣的化學家尤金·喬治·羅喬（英語：Eugene George Rochow）和德國的理查德·穆勒（英語：Richard Müller (chemist)）發現了一種可用於工業生產的二甲基二氯硅烷合成方法[1]，使用硅與一氯甲烷在銅催化劑存在下直接合成。

製備

羅喬的直接合成法是將一氯甲烷輸送過裝有磨細的硅和氯化亞銅的加熱管道[2]，而現在工業上的方法是將磨細的硅放置在流化床反應器中，並用氧化亞銅催化，吹入一氯甲烷來合成二甲基二氯硅烷。

2 CH3Cl + Si → (CH3)2SiCl2

反應的機理尚不清楚，但銅催化劑是必需的。

該反應的副產物有CH3SiCl3、CH3SiHCl2和(CH3)3SiCl，可以通過分餾分離[3]：

產物 產率 (%) 沸點 (°C)
(CH3)2SiCl2 80–90 70.0
CH3SiCl3 5–15 65.7
CH3SiHCl2 3–5 40.7
(CH3)3SiCl 3–5 57.3

反應

二甲基二氯硅烷會發生水解形成鏈狀或環狀的硅氧樹脂，聚合度取決於反應體系中的端基濃度，反應速率取決於試劑在水-有機相邊界的轉移，因此反應在湍流下效率最高，改變反應介質可以最大化特定產物的產率[3]。

n(CH3)2SiCl2 + nH2O → [(CH3)2SiO]n + 2nHCl
m(CH3)2SiCl2 + (m+1)H2O → HO[Si(CH3)2O]mH + 2mHCl

二甲基二氯硅烷與甲醇反應生成二甲氧基二甲基硅烷：

(CH3)2SiCl2 + 2CH3OH → (CH3)2Si(OCH3)2 + 2HCl

二甲氧基二甲基硅烷的水解速率更慢，但沒有鹽酸副產物：

n(CH3)2Si(OCH3)2 + nH2O → [(CH3)2SiO]n + 2nCH3OH

二甲基二氯硅烷易水解，不宜在空氣中使用，但可以通過胺化改善該問題：

(CH3)2SiCl2 + 4HN(CH3)2 → (CH3)2Si[N(CH3)2]2 + 2H2N(CH3)2Cl

二甲基二氯硅烷胺化後與二硅醇共聚會得到一種交替的聚合物[4]：

n(CH3)2Si[N(CH3)2]2 + nHO(CH3)2SiSi(CH3)2OH → [-(CH3)2SiO(CH3)2SiSi(CH3)2O-]n + 2nHN(CH3)2

金屬鈉可聚合二甲基二氯硅烷，得到含Si-Si主鏈的低聚硅烷，如十二甲基環己硅烷 [5]：

6 (CH3)2SiCl2 + 12 M → ((CH3)2Si)6 + 12 MCl

該反應的副產物有聚二甲基硅烷和十甲基環戊硅烷，根據添加的二氯硅烷前體種類（如Ph2SiCl2）可以調整聚合物的性能[3]。在有機合成中，Me2SiCl2和Ph2SiCl2被用作偕二醇的保護基。

應用

 
裝有二甲基二氯硅烷的容器，攝於日本

二甲基二氯硅烷的最主要用途是合成其他的有機硅化合物，如聚硅烷、硅氧樹脂等[3]。二甲基二氯硅烷可以用作玻璃塗層，防止其吸附微粒[6]。

參考文獻

  1. ^ 1.0 1.1 Silicon: Organosilicon Chemistry. Encyclopedia of Inorganic Chemistry Online, 2nd ed.; Wiley: New Jersey, 2005. doi:10.1002/0470862106.ia220
  2. ^ 2.0 2.1 Rochow, Eugene G. Dimethyldichlorosilane. Inorg. Synth. 1950, 3: 56–58. doi:10.1002/9780470132340.ch14. 
  3. ^ 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
  4. ^ 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
  5. ^ West, Robert; Brough, Lawrence; Wojnowski, Wieslaw. Dodecamethylcyclohexasilane. Inorganic Syntheses. 2007: 265–268. ISBN 9780470132500. doi:10.1002/9780470132500.ch62. 
  6. ^ Monjushiro, H. et al. "Size sorting of biological micro-particles by Newton-ring nano-gap device" Elsevier December 7, 2005
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