하이드로실레인

하이드로실레인(영어: Hydrosilanes)은 하나 이상의 Si-H 결합을 포함하는 4가 규소 화합물이다. 모체 하이드로실레인은 실레인(SiH₄)이다. 일반적으로 하이드로실레인은 유기규소 유도체를 의미한다. 예시로는 페닐실레인(PhSiH₃) 및 트라이에톡시실레인 ((C₂H₅O)₃SiH)이 있다. 하이드로실레인으로 끝나는 폴리머 및 올리고머는 코크와 같은 유용한 재료를 만드는 데 사용되는 수지이다.

합성

트라이클로로실레인은 규소와 염화 수소의 반응으로 상업적으로 생산된다.

Si + 3 HCl → HSiCl₃ + H₂

많은 알콕시 하이드로실레인은 트라이클로로실레인의 알코올분해에 의해 생성된다. 한 예시는 트라이에톡시실레인이다.

HSiCl₃ + 3 EtOH → HSi(OEt)₃ + 3 HCl

유기하이드로실레인은 실레인 자체의 부분적인 하이드로실릴화로 준비될 수 있다.

SiH₄ + 3 C₂H₄ → HSi(C₂H₅)₃

실험실에서 하이드로실레인은 고전적으로 염화실레인을 수소화 알루미늄 리튬과 같은 수소화물 시약으로 처리하여 준비된다.

4 ClSi(C₂H₅)₃ + LiAlH₄ → 4 HSi(C₂H₅)₃ + LiAlCl₄

구조

규소-수소 결합은 C-H 결합보다 길다(105pm에 비해 148pm). Si-H 결합은 C-H 결합에 비해 약 10% 약하다.

결합 해리 에너지^[1]

결합	D (kJ/mol, 298K)
H3C-H	441
H3Si-H	384
(CH3)3C-H	404
(CH3)3Si-H	397
((CH3)3Si)3Si-H	351

수소는 규소보다 전기음성도가 높아서 (따라서 실릴 수소화물의 명명 규칙) Si-H 결합의 분극이 C-H 결합과 반대 방향으로 발생한다. 일반적으로 실릴 수소화물은 탄화수소와 비슷한 물리적 특성 (용해도, 휘발성)을 가진 무색이다. Si-H 결합을 Si-O 결합으로 대체하려는 큰 추진력을 반영하여 자연발화성을 가질 수 있다.

반응 및 응용

주로 마이크로전자 산업에서 Si 공급원으로 사용되는 실레인 자체를 제외하고, 하이드로실레인은 많은 반응에 참여한다. 하이드로실레인은 산업 및 실험실 규모의 반응에서 다양한 종류의 환원에 주로 사용된다. 여기에는 탈산소화, 하이드로실릴화 및 이온성 수소화가 포함된다.

하이드로실릴화

하이드로실릴화에서 Si-H 결합은 알켄, 알카인, 이민 (화학) 및 카보닐의 다중 결합에 추가된다. 알켄의 반응은 상업적으로 중요하다. 많은 유기규소 화합물 및 재료가 이러한 방식으로 제조된다. 비닐 말단 실록세인의 가교는 그 예시이다.

Pt-촉매 실록세인 수지의 황화

실란올로의 전환

백금 기반 촉매의 존재 하에서 하이드로실레인은 물과 반응하여 실란올을 생성한다.

R₃SiH + H₂O → R₃SiOH + H₂

동일한 변환은 촉매 존재 하에서 산소로도 수행될 수 있다.^[2]

플루오라이드 착물

플루오라이드 이온의 존재 하에서 하이드로실레인은 가역적으로 R₃Si(F)H⁻) 공식을 가진 초원자가 플루오로실리케이트를 형성한다. 이들 종은 보로하이드라이드와 유사한 환원제이다.^[3][4]

이온성 수소화

하이드로실레인으로의 환원은 이온성 수소화의 하위 집합이다. 이러한 종류의 반응에서 탄소 양이온은 하이드로실레인의 존재 하에서 강한 루이스 또는 브뢴스테드 산의 작용에 의해 생성되며, 이는 이후 수소화물을 전달한다. 일반적인 산은 트라이플루오로아세트산(TFA)이다.

반응은 양론적이다.

탈산소화 및 이온성 수소화

하이드로실레인은 포스핀 산화물 및 설폭사이드의 탈산소화에 사용된다.^[5]

하이드로실레인은 일부 이온성 수소화에서 수소화물 공여체 역할을 한다.

금속과의 배위

하이드로실레인은 불포화 금속과 시그마 착물을 형성한다. 결합은 수소화 이착물과 유사하지만 더 강하다. 한 예는 (CH3C5H4)Mn(CO)2(H2SiPh2)이다.^[6] 이러한 부가물은 Si-H 결합의 산화 첨가에 대한 모델이자 경쟁자이다.

유기 기질의 환원 또는 첨가

알켄의 하이드로실릴화와 유사하게 하이드로실레인은 다양한 불포화 기질에 첨가된다.

한 예시로 PMHS가 있다. 한 연구에서 트라이에틸실레인은 페닐 아자이드를 아닐린으로 전환하는 데 사용된다.^[7]

이 반응에서 ACCN은 라디칼 개시제이며 지방족 싸이올은 실릴하이드라이드에 라디칼 특성을 전달한다. 트라이에틸실릴 자유 라디칼은 질소 방출과 함께 아자이드와 반응하여 N-실릴아릴아민 라디칼을 형성하고, 이는 싸이올에서 양성자를 빼내어 촉매순환을 완료한다.

같이 보기

• 수소 말단 실리콘 표면

추가 읽기

• Ramírez-Oliva, Eulalia; Hernández, Alejandro; Martínez-Rosales, J. Merced; Aguilar-Elguezabal, Alfredo; Herrera-Pérez, Gabriel; Cervantesa, Jorge (2006). 《Effect of the synthetic method of Pt/MgO in the hydrosilylation of phenylacetylene》. 《Arkivoc》. 126–136쪽. ISSN 1424-6376 – 리서치게이트 경유.