dimetildiclorosilano

_El dimetildiclorosilano es un compuesto organosilícico tetraédrico con la fórmula Si(CH₃ ₎ ₂Cl₂ _. A temperatura ambiente , es un líquido incoloro que reacciona fácilmente con el agua para formar cadenas Si-O tanto lineales como cíclicas. El dimetildiclorosilano se produce a escala industrial como principal precursor de los compuestos de dimetilsilicona y polisilano .

Los primeros compuestos organosilícicos fueron descritos en 1863 por Charles Friedel y James Crafts , quienes sintetizaron tetraetilsilano a partir de dietilzinc y tetracloruro de silicio . ^{[ 1 ]} Sin embargo, el progreso significativo en la química de los organosilicios no se produjo hasta que Frederick Kipping y sus estudiantes comenzaron a experimentar con diorganodiclorosilanos ( R ₂ SiCl ₂ ) que se preparaban mediante la reacción de tetracloruro de silicio con reactivos de Grignard . Desafortunadamente, este método presentaba numerosos problemas experimentales. ^{[ 2 ]}

En la década de 1930, la demanda de siliconas aumentó debido a la necesidad de mejores aislantes para motores eléctricos y materiales de sellado para motores de aeronaves, y con ello la necesidad de una síntesis más eficiente de dimetildiclorosilano. Para resolver el problema, General Electric , Corning Glass Works y Dow Chemical Company iniciaron una asociación que finalmente se convirtió en Dow Corning Company. Durante 1941-1942, Eugene G. Rochow , un químico de General Electric, y Richard Müller , trabajando de forma independiente en Alemania, encontraron una síntesis alternativa de dimetildiclorosilano que permitió su producción a escala industrial. ^{[ 1 ]} Esta síntesis directa, o proceso directo , que se utiliza en la industria actual, implica la reacción de silicio elemental con cloruro de metilo en presencia de un catalizador de cobre.

La síntesis de Rochow implicaba hacer pasar cloruro de metilo a través de un tubo calentado relleno de silicio molido y cloruro de cobre(I) . ^{[ 2 ]} El método industrial actual coloca silicio finamente molido en un reactor de lecho fluidizado a unos 300  °C. El catalizador se aplica como Cu₂O . Luego _, se hace pasar cloruro de metilo a través del reactor para producir principalmente dimetildiclorosilano.

$${\displaystyle {\ce {2 CH3Cl + Si -> (CH3)2SiCl2}}}$$

Se desconoce el mecanismo de la síntesis directa. Sin embargo, el catalizador de cobre es esencial para que la reacción se lleve a cabo.

Además del dimetildiclorosilano, los productos de esta reacción incluyen _CH₃SiCl₃ , CH₃SiHCl₂ y ( CH₃ _{) ₃SiCl , los} cuales se separan entre sí mediante destilación fraccionada ^. Los rendimientos y puntos _de ebullición de estos productos se muestran en la siguiente tabla . ^{[ 3} ]

El dimetildiclorosilano se hidroliza para formar siliconas lineales y cíclicas , compuestos que contienen cadenas principales de Si-O. La longitud del polímero resultante depende de la concentración de grupos terminales de cadena añadidos a la mezcla de reacción. La velocidad de reacción está determinada por la transferencia de reactivos a través de la interfaz acuosa-orgánica; por lo tanto, la reacción es más eficiente en condiciones turbulentas. El medio de reacción puede variarse aún más para maximizar el rendimiento de un producto específico.

$${\displaystyle {\begin{alignedat}{4}n\ {\ce {(CH3)2SiCl2}}\ +&&n\ {\ce {H2O}}\ \longrightarrow &&{\ce {[Si(CH3)2O]}}_{n}\quad \,+&&2n\ {\ce {HCl}}\\m\ {\ce {(CH3)2SiCl2}}\ +&&\ (m\!+\!1)\ {\ce {H2O}}\ \longrightarrow &&\ \ {\ce {HO[Si(CH3)2O]}}_{m}{\ce {H}}\ +&&\ 2m\ {\ce {HCl}}\end{alignedat}}}$$

El dimetildiclorosilano reacciona con el metanol para producir dimetoxidimetilsilanos.

$${\displaystyle {\ce {(CH3)2SiCl2 + 2CH3OH -> (CH3)2Si(OCH3)2 + 2 HCl}}}$$

Aunque la hidrólisis de los dimetoxidimetilsilanos es más lenta, resulta ventajosa cuando el subproducto de ácido clorhídrico no es deseado: ^{[ 3 ]}

$${\displaystyle n\ {\ce {(CH3)2Si(OCH3)2}}+n\ {\ce {H2O -> [(CH3)2SiO]}}_{n}+2n\ {\ce {CH3OH}}}$$

Debido a que el dimetildiclorosilano se hidroliza fácilmente, no se puede manipular en presencia de aire. Un método para solucionar este problema consiste en convertirlo en bis(dimetilamino)silano, un compuesto menos reactivo.

$${\displaystyle {\ce {(CH3)2SiCl2 + 4 HN(CH3)2 -> (CH3)2Si[N(CH3)2]2 + 2H2N(CH3)2Cl}}}$$

Otro beneficio de cambiar el dimetildiclorosilano por su análogo bis(dimetilamino)silano es que forma un polímero alternante exacto cuando se combina con un comonómero disilanol. ^{[ 4 ]}

$${\displaystyle n\ {\ce {(CH3)2Si[N(CH3)2]2}}+n\ {\ce {HO(CH2)2SiRSi(CH2)2OH -> [(CH3)2SiO(CH2)2SiRSi(CH2)2O]}}_{n}+2n\ {\ce {HN(CH3)2}}}$$

La aleación de sodio-potasio se puede utilizar para polimerizar dimetildiclorosilano, produciendo cadenas de polisilano con una estructura principal Si-Si. Por ejemplo, el dodecametilciclohexasilano se puede preparar de esta manera: ^{[ 5 ]}$${\displaystyle {\ce {6 (CH3)2SiCl2 + 12 M -> [(CH3)2Si]6 + 12 MCl}}\ {\ce {(M = Na, K)}}}$$^{La reacción también produce polidimetilsilano y decametilpentasilano. Se pueden añadir diversos tipos de} precursores de _{diclorosilano} , como Ph₂SiCl₂ , para ajustar las propiedades del polímero. ^[ ₃ ^]

En síntesis orgánica, se utiliza (junto con su pariente cercano, el difenildiclorosilano ) como grupo protector para gem -dioles .

El principal propósito del dimetildiclorosilano es su uso en la síntesis de siliconas , una industria que en 2005 alcanzó un valor superior a los 10.000 millones de dólares anuales. También se emplea en la producción de polisilanos, precursores del carburo de silicio . ^{[ 3 ]} En aplicaciones prácticas, el diclorodimetilsilano puede utilizarse como recubrimiento sobre vidrio para evitar la adsorción de micropartículas. ^{[ 6 ]}