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硅氧烷
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硅氧烷（siloxane）是以硅-氧-硅鍵為骨架的一類化合物。這類的H(OSiH2)nOH母體（鏈硅氧烷），或者是環狀的(OSiH2)n的衍生物（環硅氧烷）。[1]含有單個硅原子的官能團R3Si-O-則稱烷氧硅基（siloxy）。
結構
四配位的硅原子取四面體結構，Si–O鍵鍵長為1.64 Å（相比Si–C鍵長短得多，後者為1.92 Å）。Si–O–Si鍵鍵角為142.5°。[2]作為比較，醚類中的碳氧鍵鍵長為1.414(2) Å，C–O–C鍵角為111°。[3]由於鍵長更長，鍵角更大，硅氧烷骨架中Si–O鍵旋轉的位阻要比醚類小。這種特性導致硅氧烷玻璃化轉變溫度低等性質。
合成
硅氧烷主要通過硅烷醇的脫水縮合製備：
- 2 R3Si–OH → R3Si–O–SiR3 + H2O
而硅烷醇通常是氯硅烷原位水解得到的。雙分子硅烷醇脫水得到含兩個硅的R2Si(OH)2，進一步脫水，能得到長鏈產物：
- n R2Si(OH)2 → H(R2SiO)nOH + n−1 H2O
或環狀產物：
- n R2Si(OH)2 → (R2SiO)n + n H2O
三硅烷醇的脫水縮合可得到籠形結構的硅氧烷，通式為(RSi)nO3n/2。立方體的n = 8（類似於立方烷）；六方柱的n = 12。[4]
反應
有機硅氧烷完全氧化得二氧化硅。例如六甲基環三硅氧烷的燃燒反應：
- ((CH3)2SiO)3 + 12 O2 → 3 SiO2 + 6 CO2 + 9 H2O
強鹼作用下硅氧鍵斷裂水解，得到硅烷醇的共軛鹼：
- ((CH3)3Si)2O + 2 NaOH → 2 (CH3)3SiONa + H2O
此反應也被用於製造硅烷醇。以及將環狀硅氧烷轉化為鏈狀。[5]
命名
硅氧烷有一套縮寫符號，基於組成分子的不同基團： M-基團：(CH3)3SiO0.5, D-基團：(CH3)2SiO, T-基團：(CH3)SiO1.5。
應用
鏈狀硅氧烷具有高粘度和不揮發的性質，低化學活性，並且絕緣。用於填縫劑、潤滑劑等。
甲基環硅氧烷為(-O-Si(CH3)2-)單元構成的環狀化合物，具有低粘度和高揮發性，用於清潔劑，[6] 以及化妝品的使用。[7]環硅氧烷的生物降解產生硅烷醇。[8]
安全性
硅氧烷被廣泛用於醫療和化妝品，因此有諸多實驗驗證其安全性。實驗顯示LD50>50 g/kg，近似認為無毒。[9]然而硅氧烷可能對水生動物具有毒性。[10][11]有報告稱甲基環硅氧烷L4和L5會在水生動物體內累積。[12]然而，不同的實驗室研究得到項目矛盾的結果，其環境安全性仍不甚明確。[13]
在歐盟，D4和D5被認定具有毒性而受到REACH法案管制。加拿大將D4納入治污的規範。[10]而加拿大的一項2011年的報告則稱「未發現環硅氧烷D5對環境的危害」。[14]
參考資料
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