有機硅化合物定義有機硅化合物是指分子中含有碳-硅鍵的有機化合物。重要的有機硅化合物有硅烷、硅氧烷和有機硅高分子。
化學反應
硅烷的通式SinH2n+2。已知的有SiH4 、Si2H6、Si3H8、Si4H10、Si5H12和Si6H14六種直鏈的或支鏈的氫化硅。硅烷的熱穩定性隨著分子中硅原子的增多而迅速降低。SiH4和Si2H6在400℃時開始分解,Si4H10 在室溫時已明顯分解,Si6H14的分解速率更快。硅烷在空氣中能燃燒,生成SiO2和水;與鹵素單質作用生成鹵代硅烷;在催化劑存在下與鹵化氫作用生成鹵代物;硅烷能被水分解成SiO2和氫氣;硅烷與醇類反應生成硅酸酯。此外,硅烷在催化劑存在下還能與氯仿發生氫和氯的對換作用。
硅烷可由鹵化硅與氫化鋁鋰在乙醚中反應制取。硅烷中的甲硅烷較重要,它是熱分解法制取超級硅,生產半導體硅的原料。硅氧烷是含有結構的有機硅化合物,簡單的硅氧烷如下:硅氧烷可由有機鹵化硅烷水解而制得。它是聚硅氧烷的單體。
硅的成鍵特征
硅和碳同屬元素周期表的第ⅣA族,它們都是4價態元素。二者在化學性質上有許多相似的地方,能夠形成許多結構相似的化合物,例如硅烷、鹵代硅烷、硅醇、硅醚和硅酮等(見表1)。這類化合物分子含有碳-硅鍵,稱為有機硅化合物。
碳化合物 |
硅化合物 |
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名稱 |
構造式 |
名稱 |
構造式 |
甲烷 |
CH4 |
甲硅烷 |
SiH4 |
乙烷 |
CH3-CH3 |
乙硅烷 |
H3Si-H3Si |
三氯甲烷 |
CHCl3 |
三氯(甲)硅烷 |
SiHCl3 |
四氯化碳 |
CCl4 |
四氯化硅 |
SiCl4 |
甲醇 |
CH3OH |
甲硅醇 |
SiH3OH |
四甲基甲烷 |
(CH3)C |
四甲基(甲硅)烷 |
(CH3)4Si |
叔丁基醚 |
(CH3)C-O-C(CH3) |
六甲基二(甲)硅醚 |
(CH3)3Si-O-Si(CH3)3 |
表1:碳化合物與相應的硅化合物
但是碳和硅在性質上又有差別,這些差別反映在有機硅化合物的結構上,有如下幾個突出的特點:
1、Si-Si鍵沒有C-C鍵牢固,因此硅原子不能形成很長的硅鏈。已知的最長硅鏈為6個硅原子的己硅烷。但是,Si-O鍵的鍵能比C-O鍵能大,因而硅能通過Si-O鍵形成很長的聚硅氧鏈。這可以從下面列出的電負性和鍵能數據得到解釋。
電負性:Si 1.8;C 2.5;O 3.5;H 2.15
鍵 能(kJ/mol):C-Si 301
C-C 327.3>Si-Si 221.5
C-H 415.3>Si-H 317.7
C-O 359.8
2、硅一般不能形成烯烴、炔烴相應的硅化物,也不形成簡單的硅芳香環。
3、硅原子半徑比碳大(硅原子半徑0.117nm,碳原子半徑0.077nm),可極化度大,而電負性較小,與C、H相連時呈正電性,因此易受親核試劑進攻。由于碳原子體積較大,在反應時所受空間位阻較小,因而化學反應活性比碳大。
4、碳原子除以sp雜化軌道成鍵外,還可利用其空的3d軌道參與成鍵,采取spd雜化(五配位體,雙三角錐型絡合物)或spd雜化(六配位體,正八面體型絡合物)形成不同的化合物。如氟硅酸根負離子[SiF6]就是一個六配位體化合物,而碳原子的價態一般不超過4。
有機硅化合物自20世紀30年代以來得到了迅速的發展,是元素有機化合物中研究的較多的一種,在現代化學工業中占有相當重要的地位。
有機硅化合物
有機硅高分子是主鏈含有硅原子的高分子化合物。目前最主要的有機硅高分子是聚硅氧烷。聚硅氧烷是由許多含雙鍵的單體聚合而成的鏈狀、環狀或網狀的高分子化合物,通常稱為硅酮。它的結構特點是含有一個硅、氧原子交替排列的基本骨架,每個硅原子上都連有有機基團。聚硅氧烷中的硅氧鍵具有高穩定性。在商品硅酮中,有機基團是甲基、較長的烷基、氟代烷基、苯基、乙烯基和一些其他基團。這類聚合物耐高溫和低溫,防水,防潮,對化學藥品穩定,并有優良的介電性能。例如,硅橡膠、硅樹脂、硅油、硅漆等可用作高級潤滑劑、高級絕緣材料、織物防水劑、脫膜劑、上光劑、消泡劑等。
有些有機硅化合物還可做有機合成試劑,如硅氫化試劑。