El dimetildiclorosilano es un compuesto organosilícico tetraédrico con la fórmula Si(CH3 ) 2Cl2 . A temperatura ambiente es un líquido incoloro que reacciona fácilmente con el agua para formar cadenas de Si-O tanto lineales como cíclicas. El dimetildiclorosilano se fabrica a escala industrial como el principal precursor de los compuestos de dimetilsilicona y polisilano .
Los primeros compuestos de organosilicio fueron descritos en 1863 por Charles Friedel y James Crafts , quienes sintetizaron tetraetilsilano a partir de dietilzinc y tetracloruro de silicio . [1] Sin embargo, el progreso importante en la química de organosilicio no ocurrió hasta que Frederick Kipping y sus estudiantes comenzaron a experimentar con diorganodiclorosilanos ( R 2 SiCl 2 ) que se preparaban haciendo reaccionar tetracloruro de silicio con reactivos de Grignard . Desafortunadamente, este método adolecía de muchos problemas experimentales. [2]
En la década de 1930, la demanda de siliconas aumentó debido a la necesidad de mejores aislantes para motores eléctricos y materiales de sellado para motores de aeronaves, y con ello la necesidad de una síntesis más eficiente de dimetildiclorosilano. Para resolver el problema, General Electric , Corning Glass Works y Dow Chemical Company comenzaron una asociación que finalmente se convirtió en Dow Corning Company. Durante 1941-1942, Eugene G. Rochow , un químico de General Electric, y Richard Müller , trabajando independientemente en Alemania, encontraron una síntesis alternativa de dimetildiclorosilano que permitió producirlo a escala industrial. [1] Esta síntesis directa, o proceso directo , que se utiliza en la industria actual, implica la reacción de silicio elemental con cloruro de metilo en presencia de un catalizador de cobre.
La síntesis de Rochow implicó pasar cloruro de metilo a través de un tubo calentado lleno de silicio molido y cloruro de cobre (I) . [2] El método industrial actual coloca silicio finamente molido en un reactor de lecho fluidizado a aproximadamente 300 °C. El catalizador se aplica como Cu 2 O . Luego, el cloruro de metilo pasa a través del reactor para producir principalmente dimetildiclorosilano.
Se desconoce el mecanismo de la síntesis directa, pero el catalizador de cobre es esencial para que la reacción se lleve a cabo.
Además del dimetildiclorosilano, los productos de esta reacción incluyen CH 3 SiCl 3 , CH 3 SiHCl 2 y (CH 3 ) 3 SiCl , que se separan entre sí mediante destilación fraccionada . Los rendimientos y los puntos de ebullición de estos productos se muestran en el siguiente gráfico. [3]
El dimetildiclorosilano se hidroliza para formar siliconas lineales y cíclicas , compuestos que contienen cadenas principales de Si-O. La longitud del polímero resultante depende de la concentración de grupos de terminación de cadena que se añaden a la mezcla de reacción. La velocidad de la reacción está determinada por la transferencia de reactivos a través del límite entre la fase acuosa y la orgánica; por lo tanto, la reacción es más eficiente en condiciones turbulentas. El medio de reacción se puede variar aún más para maximizar el rendimiento de un producto específico.
El dimetildiclorosilano reacciona con metanol para producir dimetoxidimetilsilanos.
Aunque la hidrólisis de dimetoxidimetilsilanos es más lenta, es ventajosa cuando el subproducto ácido clorhídrico no es deseado: [3]
Como el dimetildiclorosilano se hidroliza fácilmente, no se lo puede manipular en el aire. Un método utilizado para superar este problema es convertirlo en un bis(dimetilamino)silano menos reactivo.
Otro beneficio de cambiar el dimetildiclorosilano a su contraparte bis(dimetilamino)silano es que forma un polímero exactamente alternado cuando se combina con un comonómero de disilanol. [4]
La aleación de sodio y potasio se puede utilizar para polimerizar dimetildiclorosilano, lo que produce cadenas de polisilano con una estructura de Si-Si. Por ejemplo, el dodecametilciclohexasilano se puede preparar de esta manera: [5] La reacción también produce polidimetilsilano y decametilpentasilano. Se pueden agregar diversos tipos de precursores de diclorosilano, como Ph 2 SiCl 2 , para ajustar las propiedades del polímero. [3]
En síntesis orgánica, se utiliza (junto con su pariente cercano, el difenildiclorosilano) como grupo protector de los gemo -dioles . [ cita requerida ]
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El principal propósito del dimetildiclorosilano es su uso en la síntesis de siliconas , una industria que se valoró en más de 10 mil millones de dólares por año en 2005. También se emplea en la producción de polisilanos, que a su vez son precursores del carburo de silicio . [3] En usos prácticos, el diclorodimetilsilano se puede utilizar como revestimiento sobre el vidrio para evitar la adsorción de micropartículas. [6]
![{\displaystyle {\begin{alignedat}{4}n\ {\ce {(CH3)2SiCl2}}\ +&&n\ {\ce {H2O}}\ \longrightarrow &&{\ce {[Si(CH3)2O] }}_{n}\quad \,+&&2n\ {\ce {HCl}}\\m\ {\ce {(CH3)2SiCl2}}\ +&&\ (m\!+\!1)\ {\ ce {H2O}}\ \longrightarrow &&\ \ {\ce {HO[Si(CH3)2O]}}_{m}{\ce {H}}\ +&&\ 2m\ {\ce {HCl}}\ fin {alineado}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/d4e0baa511f1bb273ef33f3cc108686ee3a9680c)
![{\displaystyle n\ {\ce {(CH3)2Si(OCH3)2}}+n\ {\ce {H2O -> [(CH3)2SiO]}}_{n}+2n\ {\ce {CH3OH} }}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/5d88531dd9ead52296278d348f944943e37d33ca)
![{\displaystyle {\ce {(CH3)2SiCl2 + 4 HN(CH3)2 -> (CH3)2Si[N(CH3)2]2 + 2H2N(CH3)2Cl}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/215f081fd822a68b45220e7934c004d6e8ebe400)
![{\displaystyle n\ {\ce {(CH3)2Si[N(CH3)2]2}}+n\ {\ce {HO(CH2)2SiRSi(CH2)2OH -> [(CH3)2SiO(CH2)2SiRSi (CH2)2O]}}_{n}+2n\ {\ce {HN(CH3)2}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/491f88d6d4c97bc39306334604bdfddbc7683986)
![{\displaystyle {\ce {6 (CH3)2SiCl2 + 12 M -> [(CH3)2Si]6 + 12 MCl}}\ {\ce {(M = Na, K)}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/ed5ea6ce16092f39fc40b4bace119c4b6848953d)