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有機矽化學

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有機矽化合物

有機矽化學（organosilicon compounds）主要研究有機矽化合物的性質及反應活性。有機矽化合物就是含有碳矽鍵的有機化合物。[1]

和碳類似，有機矽也是四配位的四面體結構。在生物分子中，還沒有找到含有碳矽鍵的化合物。[2]第一個有機矽化合物是在1863年由法國化學家查爾斯·傅里德爾（Friedel C）和美國化學家詹姆斯·克拉夫茨（Crafts J）共同發現。他們用四氯化矽和二乙基鋅反應得到四乙基矽。簡單的碳矽化合物——碳化矽則是無機化合物。

官能基

矽是許多官能基的成分，其中大部分的官能基類似於有機化合物。如雙鍵規則（英語：double bond rule）所述，首要的例外是矽不常與其他元素形成多鍵。

矽醇、矽醇鹽和矽氧烷

矽醇（英語：silanol）是醇的類似物。它們通常通過氯矽烷類的水解製備：[3]

R3SiCl + H2O → R3SiOH + HCl

一個較少用的方法是將氫矽烷氧化，這個過程需要金屬催化劑：

2 R3SiH + O2 → 2 R3SiOH

許多矽醇已得到分離，包括(CH3)3SiOH和(C6H5)3SiOH。它們的酸性比所對應的醇大約高500倍。矽醇鹽（英語：siloxide）是矽醇的去質子化衍生物：[3]

R3SiOH + NaOH → R3SiONa + H2O

矽醇通常失水成矽氧烷：

2 R3SiOH → R3Si-O-SiR3 + H2O

由重複的矽氧烷連接而成的聚合物稱為矽氧聚合物。含有Si=O雙鍵的化合物稱為矽酮，它們極度不穩定。

矽醚

矽醚擁有Si-O-C鍵。它們通常由醇和氯矽烷類的反應製備：

(CH3)3SiCl + ROH → (CH3)3Si-O-R + HCl

矽醚被廣泛用於醇的保護基。

利用Si-F鍵的強度，氟試劑（如四正丁基氟化銨）可以用來脫除矽醚的保護：

(CH3)3Si-O-R + F− + H2O → (CH3)3Si-F + H-O-R + OH−

氯矽烷類

有機氯矽烷是重要的化合物。它們主要用來製造上述的矽氧聚合物。尤為重要的氯矽烷有二甲基二氯矽烷（Me2SiCl2）、甲基三氯矽烷（MeSiCl3）和三甲基氯矽烷（Me3SiCl）。有商業應用的更特殊衍生物包括二氯甲基苯基矽烷、三氯(氯甲基)矽烷、三氯(二氯苯基)矽烷、三氯乙基矽烷，以及苯基三氯矽烷。

有機矽化合物被廣泛用於有機合成，儘管跟其他方法相比，這個用途相對較少用。三甲基氯矽烷 Me3SiCl是主要的矽烷化劑。一個合成此類化合物的經典反應——Flood反應——是將六烷基二矽氧烷R3SiOSiR3、濃硫酸和鹵化鈉共熱。[4]

氫矽烷

三(三甲基甲矽烷基)矽烷（英語：tris(trimethylsilyl)silane)）是一個得到大量研究的氫矽烷。[5]

矽氫鍵比C–H鍵較長（分別為148和105 pm），較弱 (分別為299和338 kJ/mol)。三乙基矽烷的化學式為Et3SiH。苯基矽烷為PhSiH3。母體化合物TSiH4稱為甲矽烷。

矽烯

有機矽化合物不像碳的同類化合物一樣，沒有大量雙鍵。[6]矽烯（具有Si=C鍵的化合物）是實驗室里的奇珍異品，如苯的矽類似物矽雜苯。1967年，Gusel'nikov和Flowers通過將二甲基矽雜環丁烷熱裂解，為矽烯提供第一份證據。[7]第一個穩定的矽烯於1981年由Brook報告。[8][9]

Silenes Gusel'nikov 1967 Brook 1981

二矽烯有Si=Si雙鍵。二矽炔（英語：disilyne）是炔烴的矽類似物。第一個矽炔（具有矽碳三鍵的化合物）於2010年報告。[10]

矽唑

矽唑的化學結構

矽唑，又稱矽雜環戊二烯，是金屬唑的一員。它們是環戊二烯的矽類似物，目前因為其電致發光和其他電子性質而受到學術關注。[11][12]矽唑的電子運輸能力很強。它們具有如此低的LUMO，是因為反鍵σ矽軌態和丁二烯部分的反鍵π軌態進行着有利的互動。

參見

參考文獻

  1. ^ Silicon in Organic Synthesis Colvin, E. Butterworth: London 1981
  2. ^ Organosilicon Chemistry S. Pawlenko Walter de Gruyter New York 1986
  3. ^ 3.0 3.1 Paul D. Lickiss "The Synthesis and Structure of Organosilanols" Advances in Inorganic Chemistry Volume 42, 1995, Pages 147–262. doi:10.1016/S0898-8838(08)60053-7
  4. ^ Preparation of Triethylsilicon Halides E. A. Flood J. Am. Chem. Soc.; 1933; 55(4) pp 1735–1736; doi:10.1021/ja01331a504
  5. ^ Chryssostomos Chatgilialoglu, Carla Ferreri, Yannick Landais, Vitaliy I. Timokhin. Thirty Years of (TMS)3SiH: A Milestone in Radical-Based Synthetic Chemistry. Chemical Reviews. 2018, 118 (14): 6516–6572. PMID 29938502. S2CID 49413857. doi:10.1021/acs.chemrev.8b00109. 
  6. ^ Henrik Ottosson and Patrick G. Steel Silylenes, Silenes, and Disilenes: Novel Silicon-Based Reagents for Organic Synthesis? Chem. Eur. J. 2006, 12, 1576–1585 doi:10.1002/chem.200500429
  7. ^ The thermal decomposition of 1,1-dimethyl-1-silacyclobutane and some reactions of an unstable intermediate containing a silicon–carbon double bond L. E. Gusel'Nikov and M. C. Flowers Chem. Commun. (London), 1967, 864–865, doi:10.1039/C19670000864
  8. ^ A solid silaethene: isolation and characterization Adrian G. Brook, Fereydon Abdesaken, Brigitte Gutekunst, Gerhard Gutekunst, R. Krishna Kallury J. Chem. Soc., Chem. Commun., 1981, 191–192, doi:10.1039/C39810000191
  9. ^ Brook silenes: inspiration for a generation Kim M. Baines Chem. Commun., 2013, 6366-6369. doi:10.1039/C3CC42595A
  10. ^ Gau, D., Kato, T., Saffon-Merceron, N., De Cózar, A., Cossío, F. and Baceiredo, A. (2010), Synthesis and Structure of a Base-Stabilized C-Phosphino-Si-Amino Silyne. Angewandte Chemie International Edition, 49: 6585–6588. doi:10.1002/anie.201003616
  11. ^ Direct synthesis of 2,5-dihalosiloles Organic Syntheses 2008, 85, 53-63 http://www.orgsynth.org/orgsyn/pdfs/V85P0053.pdf （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
  12. ^ Synthesis of new dipyridylphenylaminosiloles for highly emissive organic electroluminescent devices Laurent Aubouy, Philippe Gerbier, Nolwenn Huby, Guillaume Wantz, Laurence Vignau, Lionel Hirsch and Jean-Marc Jano New J. Chem., 2004, 28, 1086–1090, doi:10.1039/b405238b

外部連結

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