Αιθυλοσιλάνιο

Το αιθυλοσιλάνιο (αγγλικά ethylsilane) είναι οργανική χημική ένωση, που περιέχει άνθρακα, υδρογόνο και πυρίτιο, με μοριακό τύπο C₂H₈Si, αν και συνήθως παριστάνεται από τον ημισυντακτικό του τύπο, CH₃CH₂SiH₃, ή ακόμη και συντομογραφικά EtSiH₃. Είναι ένα αλκυλοσιλάνιο.

Αιθυλοσιλάνιο
Γενικά
Όνομα IUPAC	Αιθυλοσιλάνιο
Άλλες ονομασίες	Σιλυλαιθάνιο 1-σιλαπροπάνιο
Χημικά αναγνωριστικά
Χημικός τύπος	C2H8Si
Μοριακή μάζα	60,17 amu[1]
Σύντομος συντακτικός τύπος	CH3CH2SiH3
Συντομογραφίες	EtSiH3
Αριθμός CAS	2814-75-1[2]
SMILES	CC[SiH3]
Αριθμός EINECS	213-598-5
PubChem CID	6327453
Ισομέρεια
Ισομερή θέσης	1 Διμεθυλοσιλάνιο
Φυσικές ιδιότητες
Σημείο τήξης	−180 °C
Σημείο βρασμού	19 °C
Πυκνότητα	693 kg/m³
Χημικές ιδιότητες
Ελάχιστη θερμοκρασία ανάφλεξης	−60 °C
Επικινδυνότητα
Εκτός αν σημειώνεται διαφορετικά, τα δεδομένα αφορούν υλικά υπό κανονικές συνθήκες περιβάλλοντος (25°C, 100 kPa).

Ονοματολογία

Από τις παραπάνω ονομασίες:

1. Η πρώτη προκύπτει αν η ένωση θεωρηθεί υποκατεστημένο σιλάνιο (SiH₄), δηλαδή ένα άτομο υδρογόνου έχει αντικατασταθεί από αιθύλιο (CH₃CH₂).
2. Η δεύτερη προκύπτει αν η ένωση θεωρηθεί υποκατεστημένο αιθάνιο (CH₃CH₃), δηλαδή ένα άτομο υδρογόνου έχει αντικατασταθεί από σιλύλιο (SiH₃).
3. Η τρίτη είναι ονομασία που προκύπτει από την «ονοματολογία αντικαταστάσεως», δηλαδή προπάνιο (CH₃CH₂CH₃) στο οποίο έχει αντικατασταθεί το άτομο άνθρακα (C) #1 από πυρίτιο (Si).

Ισομέρεια

Με βάση το χημικό τύπο του, C₂H₈Si, έχει ένα ισομερές θέσης: το διμεθυλοσιλάνιο.

Δομή

Η δομή του ομοιάζει γεωμετρικά με αυτήν του προπανίου. 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#2	-0,09
Η (Si-H)	-0,03
Η (C-H)	+0,03
Si	+0,195

Παραγωγή

Με αναγωγή αιθυλοτριχλωροσιλανίου

Με αναγωγή αιθυλοτριχλωροσιλανίου (CH₃CH₂SiCl₃) από λιθιοαργιλιοϋδρίδιο (LiAlH₄):^[5]

${\displaystyle \mathrm {4CH_{3}CH_{2}SiCl_{3}+3LiAlH_{4}{\xrightarrow {}}4CH_{3}CH_{2}SiH_{3}+3LiCl+3AlCl_{3}} }$

Με οργανομαγνησιακή ένωση

Με επίδραση αιθυλομαγνησιοϊωδίδιου (CH₃CH₂MgI) σε χλωροσιλάνιο (SiH₃Cl) παράγεται αιθυλοσιλάνιο^[3]:

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

Με αιθυλολίθιο και σιλυλοχλωρίδιο

Με επίδραση αιθυλολιθίου (CH₃CH₂Li) σε χλωροσιλάνιο (SiH₃Cl) παράγεται αιθυλοσιλάνιο^[6]:

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

Με αντιδράσεις προσθήκης

1. Με προσθήκη σιλανίου σε αιθένιο παράγεται σιλυλαιθάνιο^[6]:

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

2. Με προσθήκη υδρογόνου σε βινυλοσιλάνιο ή σε αιθυλιδενοσιλάνιο ή σε σιλιράνιο παράγεται σιλυλαιθάνιο^[6]:

${\displaystyle \mathrm {CH_{2}=CHSiH_{3}+H_{2}{\xrightarrow {Ni}}CH_{3}CH_{2}SiH_{3}} }$
${\displaystyle \mathrm {CH_{3}CH=SiH_{2}+H_{2}{\xrightarrow {Ni}}CH_{3}CH_{2}SiH_{3}} }$
${\displaystyle \mathrm {+H_{2}{\xrightarrow {Pt}}CH_{3}CH_{2}SiH_{3}} }$

Χαρακτηριστικά

Το χημικά καθαρό αιθυλοσιλάνιο, στις κανονικές συνθήκες, δηλαδή σε θερμοκρασία 0°C και υπό πίεση 1 atm, είναι υγρό με θερμοκρασία βρασμού 19 °C, ελάχιστη θερμοκρασία ανάφλεξης -60 °C και με όρια εκρηκτικών μειγμάτων με τον αέρα 1,3-88,9%.^[7]

Χημική συμπεριφορά και παράγωγα

Το αιθυλοσιλάνιο 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 [CH₃CH₂SiH₃Nu]^- 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 αιθυλοσιλάνιο είναι η ακόλουθη:^[8].

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

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

Αιθυλοσιλανόλη

1. Με επίδραση νερού (H₂O) σε αιθυλοσιλάνιο παράγεται υδρογόνο και αιθυλοσιλανόλη

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

• A = H, Nu = OH.

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

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

• A = R, Nu = OH.

Αιθυλαλκοξυσιλάνιο

Με επίδραση αιθέρα (ROR) σε αιθυλοσιλάνιο παράγεται το αντίστοιχο στον αιθέρα αλκάνιο (RH) και αιθυλαλκοξυσιλάνιο (CH₃CH₂SiH₂OR)

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

• A = R, Nu = OR.

αιθυλαλκινυλοσιλάνιο

Με επίδραση αλκινίων (RC ≡ CH) σε αιθυλοσιλάνιο παράγεται υδρογόνο και αιθυλολκινυλοσιλάνιο (CH₃CH₂SiH₂C ≡ CR)

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

• A = H, Nu = RC ≡ C.

Αιθυλοκαρβαλκοξυσιλάνιο

Με επίδραση εστέρα (RCOOR) σε αιθυλοσιλάνιο παράγεται το αντίστοιχο στον εστέρα αλκάνιο (RH) και αιθυλοκαρβαλκοξυσιλάνιο (CH₃CH₂SiH₂OOCR, εστέρας της αιθυλοσιλανόλης)

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

• A = R, Nu = RCOO.

Αιθυλοσιλανονιτρίλιο

Με επίδραση νιτριλίων (RCN) σε μεθυλοσιλάνιο παράγεται το αντίστοιχο στο νιτρίλιο αλκάνιο (RH) και αιθυλοσιλανονιτρίλιο

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

• A = R, Nu = CN.

Αιθυλοαλκυλοσιλάνιο

Με επίδραση οργανομεταλλικών ενώσεων (π.χ RNa) σε αιθυλοσιλάνιο παράγεται το αντίστοιχο υδρίδιο (π.χ. NaH) και αιθυλαλκυλοσιλάνιο (CH₃CH₂SiH₂R)

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

• A = Na, Nu = R.

Αιθυλοσιλανοθειόλη

Με επίδραση θειόλης (RSH) σε αιθυλοσιλάνιο παράγεται το αντίστοιχο στη θειόλη αλκάνιο (RH) και αιθυλοσιλανοθειόλη

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

• A = R, Nu = SH.

Αιθυλαλκυλοθειοσιλάνιο

Με επίδραση θειαιθέρα (RSR) σε αιθυλοσιλάνιο παράγεται το αντίστοιχο στο θειαιθέρα αλκάνιο (RH) και αιθυλαλκυλοθειοσιλάνιο (CH₃CH₂SiH₂SR)

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

• A = R, Nu = SR.

Αλαλκυλοσιλάνιο

Με επίδραση αλκυλαλογονίδιου (RX) σε αιθυλοσιλάνιο παράγεται το αντίστοιχο αλκάνιο (RH) και αλαλκυλοσιλάνιο (CH₃CH₂SiH₂Χ)

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

• A = R, Nu = X.

Αιθυλοσιλαναμίνες

1. Με επίδραση αμμωνίας (NH₃) σε αιθυλοσιλάνιο παράγεται υδρογόνο και αιθυλοσιλαναμίνη:

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

• A = H, Nu = NH₂.

2. Με επίδραση πρωτοταγούς αμίνης (RNH₂) σε αιθυλοσιλάνιο παράγεται υδρογόνο και αιθυλο-Ν-αλκυλοσιλαναμίνη (CH₃CH₂SiH₂NHR):

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

• A = Η, Nu = RNH.

3. Με επίδραση δευτεροταγούς αμίνης (R₂NH) σε αιθυλοσιλάνιο παράγεται υδρογόνο και αιθυλο-Ν,N-διαλκυλοσιλαναμίνη (CH₃CH₂SiH₂NR₂):

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

• A = Η, Nu = R₂N.

Προσθήκη

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

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

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

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

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

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

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

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

5. Προσθήκη σε ενώσεις με τριμελείς ή τετραμελείς ετεροκυκλικούς δακτυλίους. Π.χ. με εποξυαιθάνιο δίνει αιθυλοσιλυλοξυαιθάνιο^[9]:

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

Παρεμβολή μεθυλενίου

Με επίδραση μεθυλενίου ([:CH₂]) σε αιθυλοσιλάνιο παράγονται προπυλοσιλάνιο (CH₃CH₂CH₂SiH₃), ισοπροπυλοσιλάνιο (CH₃CH(SiH₃)CH₃) και αιθυλομεθυλοσιλάνιο (CH₃CH₂SiH₂CH₃)^[10]:

${\displaystyle \mathrm {CH_{3}CH_{2}SiH_{3}+CH_{3}Cl+KOH{\xrightarrow {}}{\frac {3}{8}}CH_{3}CH_{2}CH_{2}SiH_{3}+{\frac {1}{4}}CH_{3}CH(SiH_{3})CH_{3}+{\frac {3}{8}}CH_{3}CH_{2}SiH_{2}CH_{3}+KCl+H_{2}O} }$

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