Προπυλοσιλάνιο

Προπυλοσιλάνιο
Γενικά
Όνομα IUPAC	Προπυλοσιλάνιο
Άλλες ονομασίες	1-σιλυλοπροπάνιο 1-σιλαβουτάνιο
Χημικά αναγνωριστικά
Χημικός τύπος	C3H10Si
Μοριακή μάζα	74,1970[1]
Σύντομος συντακτικός τύπος	CH3CH2CH2SiH3
Συντομογραφίες	PrSiH3
SMILES	CCCSi
Ισομέρεια
Ισομερή θέσης	3 Ισοπροπυλοσιλάνιο Αιθυλομεθυλοσιλάνιο Τριμεθυλοσιλάνιο
Φυσικές ιδιότητες
Χημικές ιδιότητες
Εκτός αν σημειώνεται διαφορετικά, τα δεδομένα αφορούν υλικά υπό κανονικές συνθήκες περιβάλλοντος (25°C, 100 kPa).

Το προπυλοσιλάνιο^[2] (αγγλικά dimethylsilane) είναι οργανική χημική ένωση, που περιέχει άνθρακα, υδρογόνο και πυρίτιο, με μοριακό τύπο C₃H₁₀Si, αν και συνήθως παριστάνεται από τους ημισυντακτικούς του τύπους, CH₃CH₂CH₂SiH₃ και C₃C₇SiH₃, ή ακόμη συντομογραφικά PrSiH₃. Είναι ένα αλκυλοσιλάνιο.

Ονοματολογία

1. Η ονομασία προπυλοσιλάνιο προκύπτει αν η ένωση θεωρηθεί υποκατεστημένο σιλάνιο (SiH₄), δηλαδή ένα άτομο υδρογόνου έχει αντικατασταθεί από προπύλιο (CH₃CH₂CH₂).
2. Η ονομασία 1-σιλυλοπροπάνιο προκύπτει αν η ένωση θεωρηθεί υποκατεστημένο προπάνιο (CH₃CH₂CH₃), δηλαδή ένα άτομο υδρογόνου του #1 ατόμου άνθρακα έχει αντικατασταθεί από σιλύλιο (SiH₃).
3. Η ονομασία 1-σιλαβουτάνιο είναι ονομασία που προκύπτει από την «ονοματολογία αντικαταστάσεως», δηλαδή βουτάνιο (CH₃CH₂CH₂CH₃) στο οποίο έχει αντικατασταθεί το άτομο άνθρακα (C) #1 από πυρίτιο (Si).

Με βάση το χημικό τύπο του, C₂H₈Si, έχει τα ακόλουθα τέσσερα (4) ισομερές θέσης:

1. Ισοπροπυλοσιλάνιο ή 2-σιλυλοπροπάνιο με σύντομο συντακτικό τύπο CH₃CH(SiH₃)CH₃
2. Αιθυλομεθυλοσιλάνιο ή μεθυλοσιλυλαιθάνιο με σύντομο συντακτικό τύπο CH₃CH₂SiH₂CH₃
3. Τριμεθυλοσιλάνιο ή διμεθυλοσιλυλομεθάνιο με σύντομο συντακτικό τύπο (CH₃)₃SiH

Δομή

Η δομή του ομοιάζει γεωμετρικά με αυτήν του βουτανίου. Ωστόσο οι δεσμοί C-Si και Si-Η είναι πολωμένοι κατά την έννοια C^δ--Si^δ+ και Si^δ+-H^δ-, αντίστοιχα, γιατί το πυρίτιο έχει μικρότερη ηλεκτραρνητικότητα (1,90 κατά Paouling) και από τον άνθρακα (2,55 κατά Paouling) και από το υδρογόνο (2,20 κατά Paouling).

Δεσμοί[3]
Δεσμός	τύπος δεσμού	ηλεκτρονική δομή	Μήκος δεσμού	Ιονισμός
C-H	σ	2sp³-1s	107 pm	3% C^- H^+
C-C	σ	2sp³-2sp³	154 pm
C-Si	σ	2sp³-3sp³	188 pm	10,5% C^- Si^-
Si-H	σ	3sp³-1s	143 pm	3% Si^+ H^-
Γωνίες
HCSi	109° 28'
CSiH	109° 28'
HCH	109° 28'
HSiH	109° 28'
Στατιστικό ηλεκτρικό φορτίο[4]
C#1	-0,165
C#3	-0,09
C#2	-0,06
Η (Si-H)	-0,03
Η (C-H)	+0,03
Si	+0,195

Παραγωγή

Με οργανομαγνησιακή ένωση

Με επίδραση προπυλομαγνησιοϊωδίδιου (CH₃CH₂CH₂MgI) σε σιλυλοχλωρίδιο (SiH₃Cl) παράγεται προπυλοσιλάνιο^[5]:

${\displaystyle \mathrm {CH_{3}CH_{2}CH_{2}I+Mg{\xrightarrow {|Et_{2}O|}}CH_{3}CH_{2}CH_{2}MgI{\xrightarrow {+SiH_{3}Cl}}CH_{3}CH_{2}CH_{2}SiH_{3}+MgClI\downarrow } }$

Με προπυλολίθιο και σιλυλοχλωρίδιο

Με επίδραση προπυλολιθίου (CH₃CH₂CH₂Li) σε σιλυλοχλωρίδιο (SiH₃Cl) παράγεται προπυλοσιλάνιο^[6]:

${\displaystyle \mathrm {CH_{3}CH_{2}CH_{2}X+2Li{\xrightarrow[{|Et_{2}O|,-10^{o}C}]{-LiX}}CH_{3}CH_{2}CH_{2}Li{\xrightarrow {+SiH_{3}Cl}}CH_{3}CH_{2}CH_{2}SiH_{3}+LiCl} }$

Με αντιδράσεις προσθήκης

1. Με προσθήκη σιλανίου σε προπένιο παράγεται 1-σιλυλοπροπάνιο:

${\displaystyle \mathrm {CH_{2}=CHCH_{3}+SiH_{4}{\xrightarrow {}}CH_{3}CH_{2}CH_{2}SiH_{3}} }$

2. Με προσθήκη σιλανίου σε κυκλοπροπάνιο παράγεται 1-σιλυλοπροπάνιο:

${\displaystyle \mathrm {+SiH_{4}{\xrightarrow {}}CH_{3}CH_{2}CH_{2}SiH_{3}} }$

3. Με προσθήκη υδρογόνου σε 1,3-επισιλαπροπάνιο παράγεται 1-σιλυλοπροπάνιο:

${\displaystyle \mathrm {(CH_{2}CH_{2}CH_{2}SiH_{2})+H_{2}{\xrightarrow {Pt}}CH_{3}CH_{2}CH_{2}SiH_{3}} }$

Χημική συμπεριφορά και παράγωγα

Το προπυλοσιλάνιο έχει ισχυρές αναγωγικές ιδιότητες, καθώς συνδυάζει τη συμπεριφορά καρβιδίου με εκείνη υδριδίου.

Πυρηνόφιλη υποκατάσταση

Διάφορα πυρηνόφιλα (Nu^-) αντιδραστήρια, διασπούν, ανάλογα με τις συνθήκες, το δεσμό C-Si ή έναν από τους δεσμούς Si-Η (πιο εύκολα). Οι μηχανισμοί που επικρατούν είναι οι S_N² και S_Nⁱ. Στην πρώτη περίπτωση σχηματίζεται ενδιάμεσο ασταθές προϊόν γενικού τύπου [CH₃CH₂CH₂SiH₃Nu]^- με δομή τριγωνικής διπυραμίδας, αφού το πυρίτιο μπορεί να αξιοποιεί και τα 3d τροχιακά του με υβριδισμό 3sp³d. Η γενική μορφή της πυρηνόφιλης υποκατάστασης σε προπυλοσιλάνιο είναι η ακόλουθη:^[7].

${\displaystyle \mathrm {CH_{3}CH_{2}CH_{2}SiH_{3}+ANu{\xrightarrow {BF_{3}}}CH_{3}CH_{2}CH_{2}SiH_{2}Nu+AH} }$

• Με ANu συμβολίζεται πυρηνόφιλο αντιδραστήριο.
• Ο ρόλος του BF₃ είναι να σχηματίζει το ενδιάμεσο σύμπλοκο [ANu-BF] και διευκολύνει την ενεργοποίηση του ANu.
• Παραδείγματα:

Προπυλοσιλανόλη

1. Με επίδραση νερού (H₂O) σε προπυλοσιλάνιο παράγεται υδρογόνο και προπυλοσιλανόλη

${\displaystyle \mathrm {CH_{3}CH_{2}CH_{2}SiH_{3}+H_{2}O{\xrightarrow {BF_{3}}}CH_{3}CH_{2}CH_{2}SiH_{2}OH+H_{2}\uparrow } }$

• A = H, Nu = OH.

2. Με επίδραση αλκοόλης (ROH) σε προπυλοσιλάνιο παράγεται το αντίστοιχο στην αλκοόλη αλκάνιο (RH) και προπυλοσιλανόλη

${\displaystyle \mathrm {CH_{3}CH_{2}CH_{2}SiH_{3}+ROH{\xrightarrow {BF_{3}}}CH_{3}CH_{2}CH_{2}SiH_{2}OH+RH} }$

• A = R, Nu = OH.

Αλκοξυπροπυλοσιλάνιο

Με επίδραση αιθέρα (ROR) σε προπυλοσιλάνιο παράγεται το αντίστοιχο στον αιθέρα αλκάνιο (RH) και αλκοξυπροπυλοσιλάνιο (CH₃CH₂CH₂SiH₂OR)

${\displaystyle \mathrm {CH_{3}CH_{2}CH_{2}SiH_{3}+ROR{\xrightarrow {BF_{3}}}CH_{3}CH_{2}CH_{2}SiH_{2}OR+RH} }$

• A = R, Nu = OR.

Αλκινυλοπροπυλοσιλάνιο

Με επίδραση αλκινίων (RC ≡ CH) σε προπυλοσιλάνιο παράγεται υδρογόνο και αλκινυλοπροπυλοσιλάνιο (CH₃CH₂CH₂SiH₂C ≡ CR)

${\displaystyle \mathrm {CH_{3}CH_{2}CH_{2}SiH_{3}+RC\equiv CH{\xrightarrow {BF_{3}}}CH_{3}CH_{2}CH_{2}SiH_{2}C\equiv CR+H_{2}\uparrow } }$

• A = H, Nu = RC ≡ C.

Καρβαλκοξυπροπυλοσιλάνιο

Με επίδραση εστέρα (RCOOR) σε προπυλοσιλάνιο παράγεται το αντίστοιχο στον εστέρα αλκάνιο (RH) και καρβαλκοξυπροπυλοσιλάνιο (CH₃CH₂CH₂SiH₂OOCR, εστέρας της προπυλοσιλανόλης)

${\displaystyle \mathrm {CH_{3}CH_{2}CH_{2}SiH_{3}+RCOOR{\xrightarrow {BF_{3}}}CH_{3}CH_{2}CH_{2}SiH_{2}OOCR+RH} }$

• A = R, Nu = RCOO.

Προπυλοσιλανονιτρίλιο

Με επίδραση νιτριλίων (RCN) σε προπυλοσιλάνιο παράγεται το αντίστοιχο στο νιτρίλιο αλκάνιο (RH) και προπυλοσιλανονιτρίλιο

${\displaystyle \mathrm {CH_{3}CH_{2}CH_{2}SiH_{3}+RCN{\xrightarrow {BF_{3}}}CH_{3}CH_{2}CH_{2}SiH_{2}CN+RH} }$

• A = R, Nu = CN.

Αλκυλοπροπυλοσιλάνιο

Με επίδραση οργανομεταλλικών ενώσεων (π.χ RNa) σε προπυλοσιλάνιο παράγεται το αντίστοιχο υδρίδιο (π.χ. NaH) και αλκυλοπροπυλοσιλάνιο (CH₃CH₂CH₂SiH₂R)

${\displaystyle \mathrm {CH_{3}CH_{2}CH_{2}SiH_{3}+RNa{\xrightarrow {BF_{3}}}CH_{3}CH_{2}CH_{2}SiH_{2}R+NaH} }$

• A = Na, Nu = R.

Προπυλοσιλανοθειόλη

Με επίδραση θειόλης (RSH) σε προπυλοσιλάνιο παράγεται το αντίστοιχο στη θειόλη αλκάνιο (RH) και προπυλοσιλανοθειόλη

${\displaystyle \mathrm {CH_{3}CH_{2}CH_{2}SiH_{3}+RSH{\xrightarrow {BF_{3}}}CH_{3}CH_{2}CH_{2}SiH_{2}SH+RH} }$

• A = R, Nu = SH.

Αλκυλοθειοπροπυλοσιλάνιο

Με επίδραση θειαιθέρα (RSR) σε προπυλοσιλάνιο παράγεται το αντίστοιχο στο θειαιθέρα αλκάνιο (RH) και αλκυλοθειοπροπυλοσιλάνιο (CH₃CH₂CH₂SiH₂SR)

${\displaystyle \mathrm {CH_{3}CH_{2}CH_{2}SiH_{3}+RSR{\xrightarrow {BF_{3}}}CH_{3}CH_{2}CH_{2}SiH_{2}SR+RH} }$

• A = R, Nu = SR.

Προπυλοσιλιλαλογονίδιο

Με επίδραση αλκυλαλογονίδιου (RX) σε προπυλοσιλάνιο παράγεται το αντίστοιχο αλκάνιο (RH) και προπυλοσιλυλοχλωρίδιο (CH₃CH₂CH₂SiH₂Χ)

${\displaystyle \mathrm {CH_{3}CH_{2}CH_{2}SiH_{3}+RX{\xrightarrow {BF_{3}}}CH_{3}CH_{2}CH_{2}SiH_{2}X+RH} }$

• A = R, Nu = X.

Προπυλοσιλαναμίνες

1. Με επίδραση αμμωνίας (NH₃) σε προπυλοσιλάνιο παράγεται υδρογόνο και προπυλοσιλαναμίνη:

${\displaystyle \mathrm {CH_{3}CH_{2}CH_{2}SiH_{3}+NH_{3}{\xrightarrow {BF_{3}}}CH_{3}CH_{2}CH_{2}SiH_{2}NH_{2}+H_{2}\uparrow } }$

• A = H, Nu = NH₂.

2. Με επίδραση πρωτοταγούς αμίνης (RNH₂) σε προπυλοσιλάνιο παράγεται υδρογόνο και Ν-αλκυλοπροπυλοσιλαναμίνη (CH₃CH₂CH₂SiH₂NHR):

${\displaystyle \mathrm {CH_{3}CH_{2}CH_{2}SiH_{3}+RNH_{2}{\xrightarrow {BF_{3}}}CH_{3}CH_{2}CH_{2}SiH_{2}NHR+H_{2}\uparrow } }$

• A = Η, Nu = RNH.

3. Με επίδραση δευτεροταγούς αμίνης (R₂NH) σε προπυλοσιλάνιο παράγεται υδρογόνο και Ν,N-διαλκυλοπροπυλοσιλαναμίνη (CH₃CH₂CH₂SiH₂NR₂):

${\displaystyle \mathrm {CH_{3}CH_{2}CH_{2}SiH_{3}+R_{2}NH{\xrightarrow {BF_{3}}}CH_{3}CH_{2}CH_{2}SiH_{2}NR_{2}+H_{2}\uparrow } }$

• A = Η, Nu = R₂N.

Προσθήκη

1. Προσθήκη σε διπλούς δεσμούς. Π.χ. με αιθένιο δίνει 1-αιθυλοσιλυλοπροπάνιο:

${\displaystyle \mathrm {CH_{3}CH_{2}CH_{2}SiH_{3}+CH_{2}=CH_{2}{\xrightarrow {}}CH_{3}CH_{2}SiH_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{3}} }$

2. Προσθήκη σε τριπλούς δεσμούς.. Π.χ. με αιθίνιο δίνει προπυλοσιλυλαιθένιο:

${\displaystyle \mathrm {CH_{3}CH_{2}CH_{2}SiH_{3}+HC\equiv CH{\xrightarrow {}}CH_{2}=CHSiH_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{3}} }$

3. Προσθήκη σε συζηγείς διπλούς δεσμούς. Π.χ. με βουταδιένιο-1,3 δίνει 1-προπυλοσιλυλοβουτένιο-2:

${\displaystyle \mathrm {CH_{3}CH_{2}CH_{2}SiH_{3}+CH_{2}=CHCH=CH_{2}{\xrightarrow {}}CH_{3}CH=CHCH_{2}SiH_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{3}+4H_{2}O} }$

4. Προσθήκη σε ενώσεις με τριμελείς ή τετραμελείς ισοκυκλικούς δακτυλίους. Π.χ. με κυκλοπροπάνιο δίνει 1-προπυλοσιλυλοπροπάνιο:

${\displaystyle \mathrm {+CH_{3}CH_{2}CH_{2}SiH_{3}{\xrightarrow {}}CH_{3}CH_{2}CH_{2}SiH_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{3}} }$

5. Προσθήκη σε ενώσεις με τριμελείς ή τετραμελείς ετεροκυκλικούς δακτυλίους. Π.χ. με εποξυαιθάνιο δίνει προπυλοσιλυλοξυαιθάνιο^[8]:

${\displaystyle \mathrm {+CH_{3}CH_{2}CH_{2}SiH_{3}{\xrightarrow {}}CH_{3}CH_{2}OSiH_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{3}} }$

Παρεμβολή μεθυλενίου

Με επίδραση μεθυλενίου ([:CH₂]) σε προπυλοσιλάνιο παράγονται βουτυλοσιλάνιο, δευτεροταγές βουτυλοσιλάνιο, ισοβουτυλοσιλάνιο και μεθυλοπροπυλοσιλάνιο^[9]:

${\displaystyle \mathrm {CH_{3}CH_{2}CH_{2}SiH_{3}+CH_{3}Cl+KOH{\xrightarrow {}}{\frac {3}{10}}CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}SiH_{3}+{\frac {1}{5}}(CH_{3})_{2}CHCH_{2}(SiH_{3})+{\frac {1}{5}}CH_{3}CH_{2}CH(SiH_{3})CH_{3}+{\frac {3}{10}}CH_{3}CH_{2}CH_{2}SiH_{2}CH_{3}+KCl+H_{2}O} }$

Πηγές

• Γ. Βάρβογλη, Ν. Αλεξάνδρου, Οργανική Χημεία, Αθήνα 1972
• Α. Βάρβογλη, «Χημεία Οργανικών Ενώσεων», παρατηρητής, Θεσσαλονίκη 1991
• SCHAUM'S OUTLINE SERIES, ΟΡΓΑΝΙΚΗ ΧΗΜΕΙΑ, Μτφ. Α. Βάρβογλη, 1999
• Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982

Παρατηρήσεις, υποσημειώσεις και αναφορές

1. Χρησιμοποιήθηκε η μοριακή μάζα του ισομερούς ισοπροπυλοσιλάνιου.
2. Για εναλλακτικές ονομασίες δείτε τον πίνακα πληροφοριών.
3. Τα δεδομένα προέρχονται από τους πίνακες δεδομένων των στοιχείων άνθρακα, πυριτίου και υδρογόνου και τις πηγές«Table of periodic properties of thw Ellements», Sagrent-Welch Scientidic Company και «Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982»
4. Υπολογισμένο βάση του ιονισμού από τον παραπάνω πίνακα
5. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 267, §11.4Α.
6. SCHAUM'S OUTLINE SERIES, ΟΡΓΑΝΙΚΗ ΧΗΜΕΙΑ, Μτφ. Α. Βάρβογλη, 1999, σελ. 42, §4.3.
7. Α. Βάρβογλη, «Χημεία Οργανικών Ενώσεων», παρατηρητής, Θεσσαλονίκη 1991, σελ. 291-293, §19.1.
8. Ν. Αλεξάνδρου, Α. Βάρβογλη, Δ. Νικολαΐδη: Χημεία Ετεροχημικών Ενώσεων, Θεσσαλονίκη 1985, §2.1., σελ. 16-17, εφαρμογή γενικής αντίδρασης για Nu = H^-.
9. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 155, §6.7.3.