실라놀

실라놀(영어: Silanol)은 규소 화학에서 Si–O–H 연결성을 갖는 작용기이다. 이는 모든 알코올에서 발견되는 하이드록시 작용기(C–O–H)와 관련이 있다. 실라놀은 유기규소 화학 및 규산염 광물학에서 중간체로 종종 언급된다.^[1] 실라놀이 하나 이상의 유기 잔기를 포함하면 유기실란올이다.

트라이메틸실란올의 구조

제법

알콕시실란으로부터

실라놀의 첫 번째 단리된 예는 알베르트 라덴부르크가 1871년에 보고한 Et
3SiOH였다. 그는 Et
3SiOEt(Et = CH
2CH
3)의 가수분해를 통해 이 "실리콜"을 준비했다.^[2]

실릴 할라이드 및 관련 화합물로부터

실라놀은 일반적으로 할로실란, 알콕시실란 또는 아미노실란의 가수분해에 의해 합성된다. 클로로실란이 가장 일반적인 반응물이다.

R₃Si–Cl + H₂O → R₃Si–OH + HCl

플루오로실란의 가수분해는 더 강력한 시약, 즉 알칼리를 필요로 한다. R
3Si(OR') 유형의 알콕시실란(실릴 에테르)은 가수분해가 느리다. 실릴 에테르에 비해 실릴 아세테이트는 가수분해가 빠르며, 방출되는 아세트산이 덜 공격적이라는 장점이 있다. 이러한 이유로 실릴 아세테이트는 때때로 응용 분야에 권장된다.^[3]

실릴 하이드라이드의 산화에 의해

다른 경로는 하이드로실란의 산화를 포함한다. 공기, 퍼산, 다이옥시란, 과망가니즈산 칼륨(방해된 실란의 경우)을 포함한 광범위한 산화제가 사용되었다. 금속 촉매의 존재 하에 실란은 가수분해를 겪는다.^[3]

R₃Si–H + H₂O → R₃Si–OH + H₂

구조 및 예시

Si–O 결합 길이는 일반적으로 약 1.65 Å이다.^[3] 고체 상태에서 실란올은 수소 결합에 참여한다.^[4]

대부분의 실라놀은 단 하나의 OH 그룹을 가지고 있는데 예를 들어 트라이메틸실란올이 있다. 일부 실란다이올, 예를 들어 다이페닐실란다이올도 알려져 있다. 입체적으로 부피가 큰 치환기의 경우 실란트라이올도 제조되었다.^[5][3]

반응

산도

실라놀은 해당 알코올보다 산성이다. 이러한 경향은 Si가 탄소보다 훨씬 덜 전기음성적이라는 사실(각각 1.90 대 2.55)과 대조된다. Et₃SiOH의 경우 pK_a는 터트-뷰틸 알코올의 19에 비해 13.6으로 추정된다. 3−ClC
6H
4)Si(CH
3)
2OH의 pK_a는 11이다.^[3] 더 큰 산도 때문에 실라놀은 수용액에서 완전히 탈양성자화될 수 있으며, 특히 아릴실란올의 경우 그렇다. 짝염기는 실록사이드 또는 실란올레이트라고 불린다.

산도의 차이에도 불구하고 알콕사이드와 실록사이드의 염기성은 비슷하다.^[3]

축합 및 졸-겔 공정

실라놀은 축합하여 다이실록세인을 생성한다.

2 R
3SiOH → R
3Si−O−SiR
3 + H
2O

실릴 할라이드, 아세테이트, 에테르의 실록세인으로의 전환은 실라놀을 통해 진행된다. 예를 들어, Si(OEt)
4를 수화된 SiO
2로 전환하는 졸-겔 공정은 실라놀 중간체를 통해 진행된다.

존재

실라놀은 화합물로서 존재할 뿐만 아니라 실리카 및 관련 규산염의 표면에 널리 퍼져 있다. 이들의 존재는 실리카 겔의 흡착 특성을 담당한다.^[6] 크로마토그래피에서 결합된 고정상의 접근 가능한 실라놀 그룹을 트라이메틸실릴 그룹으로 유도체화하는 것을 말단캡핑이라고 한다. 유기실란올은 실리콘 제조와 같은 산업 공정의 중간체로 발생한다. 또한 유기실란올은 포유류에서 작은 고리 실리콘의 생분해 과정에서 대사물질로 발생한다.

입방형 실세스퀴옥산 형성의 트라이실란올 중간체

생물학적 관련성

일부 실란다이올과 실란트라이올은 테르몰리신^[7] 및 아세틸콜린에스터레이스와 같은 가수분해 효소를 억제한다.^[8]

모체 실라놀

문자 그대로 실라놀은 H
3SiOH (화학 초록 번호 14475-38-8) 공식을 가진 단일 화합물을 의미한다. SiH
4-n(OH)
n (n = 1, 2, 3, 4) 계열은 매우 불안정하며 주로 이론 화학자들의 관심사이다. 때때로 정규 규산이라고 불리는 과하이드록실화된 실란올은 모호한 용어로 종종 논의되지만 잘 특성화되지 않았다.