Hydrosililowanie - Polski Serwis Naukowy

Hydrosililowanie − reakcja chemiczna, addycja do wiązań wielokrotnych węgiel−węgiel i węgiel−heteroatom związków zawierających ugrupowania Si−H, prowadząca do powstania wiązania węgiel−krzem. Reakcja ta jest masowo wykorzystywana w przemyśle do funkcjonalizowania polisiloksanów oraz syntezy wielu silanów.

Reakcja chemiczna – każdy proces, w wyniku którego pierwotna substancja zwana substratem przemienia się w inną substancję zwaną produktem. Aby cząsteczka substratu zamieniła się w cząsteczkę produktu konieczne jest rozerwanie przynajmniej jednego z obecnych w niej wiązań chemicznych pomiędzy atomami, bądź też utworzenie się przynajmniej jednego nowego wiązania. Reakcje chemiczne przebiegają z reguły z wydzieleniem lub pochłonięciem energii cieplnej, promienistej (alfa lub beta) lub elektrycznej.

Addycja (przyłączanie) - rodzaj reakcji chemicznej, polegającej na przyłączeniu jednej cząsteczki do drugiej w wyniku czego powstaje tylko jeden produkt, bez żadnych produktów ubocznych. W chemii organicznej addycja przebiega zwykle z rozerwaniem wiązania wielokrotnego węgiel-węgiel lub węgiel-heteroatom. Istnieją jednak proste reakcje addycji, które zachodzą bez zrywania wiązań wielokrotnych takie jak np: rekombinacja rodników.

Przebieg reakcji

Ogólny schemat przebiegu reakcji jest przedstawiony na przykładzie alkenu i prostego hydrosilanu:

Jakkolwiek mechanizm reakcji jest bardzo złożony, sprowadza się do oderwania atomu wodoru od silanu, a następnie do przyłączenia się grupy sililowej do jednego atomu węgla i atomu wodoru do drugiego. Cechą charakterystyczną reakcji hydrosililowania jest to, że przebiega ona bardzo często niezgodnie z regułą Markownikowa.

Wodór (H, łac. hydrogenium) – pierwiastek chemiczny, niemetal z bloku s układu okresowego. Jest to najprostszy możliwy pierwiastek o liczbie atomowej 1, składający się z jednego protonu i jednego elektronu.

Heteroatom (z greki heteros - różny, + atomos) - to w nomenklaturze chemii organicznej określenie dowolnego atomu, którym nie jest węgiel lub wodór. Zwykle określenie to odnosi się do azotu, tlenu, siarki lub fosforu.

Reakcję tę przeprowadza się na dwa sposoby:

wolnorodnikowo - w wysokiej temperaturze i ciśnieniu lub z użyciem inicjatorów rodnikowych takich jak AIBN - w ten sposób jest otrzymywana część silanów - reakcje wolnorodnikowe prowadzą zwykle do powstania mieszanin izomerów, których struktura jest zgodna i niezgodna z regułą Markownikowa

z użyciem katalizatorów metaloorganicznych, głównie kompleksów platyny i rzadziej innych metali przejściowych - reakcja w tym wariancie zachodzi w dużo łagodniejszych warunkach (40−60 °C pod normalnym ciśnieniem) metodą tą modyfikuje się polisiloksany i również otrzymuje wiele silanów; metoda ta prowadzi zwykle do znacznej przewagi jednego z możliwych izomerów - zazwyczaj pożądany jest izomer o strukturze niezgodnej z regułą Markownikowa.

Znaczenie praktyczne

Największe praktyczne znaczenia ma modyfikacja polisiloksanów. Poprzez reakcję hydrosililowania można przyłączyć do tych polimerów podstawniki organiczne o niemal dowolnej strukturze, otrzymując m.in:

Silany – grupa związków chemicznych, których wspólną cechą jest występowanie centralnego atomu krzemu, do którego są przyłączone cztery dowolne podstawniki poprzez wiązania σ.

Platyna (Pt, łac. platinum) - pierwiastek chemiczny z grupy metali przejściowych w układzie okresowym, metal szlachetny. Nazwa pochodzi od hiszpańskiego słowa platina, zdrobnienia słowa oznaczającego srebro. Pierwiastek ten był znany w Ameryce jeszcze w czasach prekolumbijskich. Do Europy został sprowadzony w 1750 roku przez Hiszpanów, którzy sądzili, że jest to tylko odmiana srebra. Platyna posiada 36 izotopów z zakresu mas 172-201. W naturalnym składzie izotopowym występują izotopy 190, 192, 194, 195, 196 i 198, z których 194, 195, 196 i 198 są trwałe i stanowią główną część składu.

środki powierzchniowo czynne

kauczuki sieciowane na zimno i gorąco

materiały do kitów i uszczelnień

oleje i ciecze hydrauliczne

Oprócz tego reakcja ta jest stosowana do otrzymywania wielu silanów z grupami organicznymi, które mają wiele różnych zastosowań takich jak leki, związki zapachowe, detergenty i wiele innych.

Detergenty - to związki lub ich mieszaniny, które stanowią aktywny czynnik wszelkich środków czystości, takich jak szampony, proszki do prania, płyny do mycia naczyń, środki do mycia naczyń w zmywarkach itd.

Związki metaloorganiczne – organiczne związki chemiczne zawierające przynajmniej jedno wiązanie kowalencyjne pomiędzy atomem metalu i atomem węgla grupy organicznej. Do związków metaloorganicznych nie zalicza się związków zawierających wyłącznie ligandy nieorganiczne (np. CO i CN), ani związków, w których nie występuje wyraźne wiązanie metal-węgiel. Np. tetraetyloołów Pb(C2H5)4 i dimetylortęć Hg(CH3)2 są związkami metaloorganicznymi, natomiast nie są nimi np. etanolan sodu C2H5ONa (brak wiązania Na-C), hem (zawiera wiązanie Fe-N, a nie Fe-C) i pentakarbonylek żelaza Fe(CO)5 (brak grupy organicznej). Do pierwiastków tworzących związki metaloorganiczne zalicza się oprócz typowych metali, także półmetale i niemetale o niskiej elektroujemności (np. bor, krzem, arsen itp.).

Polski wkład

Głównym autorem pierwszego na świecie całościowego opracowania procesu hydrosililowania jest prof. Bogdan Marciniec z UAM.

Przypisy

Pionierskie prace w chemii metaloorganicznej, w: Życie Uniwersyteckie, nr 11(194)/2009, wyd. UAM, Poznań, 2009, s.16, ISSN 1231-8825

Bibliografia

Praca zbiorowa, Hydrosililowanie red. Bogdan Marciniec, PWN, 1981, ISBN 83-01-02131-4.