Silanol
En silanol är en funktionell grupp inom kiselkemin med anslutningen Si–O–H. Det är relaterat till den hydroxifunktionella gruppen (C–O–H) som finns i alla alkoholer . Silanoler åberopas ofta som mellanprodukter inom kiselorganisk kemi och silikatmineralogi. Om en silanol innehåller en eller flera organiska rester är det en organosilanol .
Förberedelse
Från alkoxisilaner
Det första isolerade exemplet på en silanol var Et 3 SiOH , rapporterad 1871 av Albert Ladenburg . Han framställde "silikol" genom hydrolys av Et 3 SiOEt (Et = C 2 H 5 ).
Silanoler syntetiseras i allmänhet genom hydrolys av halosilaner, alkoxisilaner eller aminosilaner. Klorosilaner är de vanligaste reaktanterna:
- R3 Si–Cl + H2O → R3 Si – OH + HCl
Hydrolysen av fluorsilaner kräver mer forceringsreagens, dvs alkali. Alkoxisilanerna ( silyletrar ) av typen R3Si (OR') är långsamma att hydrolysera. Jämfört med silyletrarna är silylacetater snabbare att hydrolysera, med fördelen att den frigjorda ättiksyran är mindre aggressiv. Av denna anledning rekommenderas ibland silylacetater för applikationer.
Genom oxidation av silylhydrider
En alternativ väg innefattar oxidation av hydrosilaner. Ett brett utbud av oxidanter har använts inklusive luft, persyror , dioxiraner och kaliumpermanganat (för hindrade silaner). I närvaro av metallkatalysatorer genomgår silaner hydrolys:
- R 3 Si–H + H 2 O → R 3 Si–OH + H 2
Struktur och exempel
Si-O-bindningsavståndet är typiskt cirka 1,65 Å . I fast tillstånd engagerar silanoler sig i vätebindning.
De flesta silanoler har bara en OH-grupp, t.ex. trimetylsilanol . Vissa silandioler är också kända, t.ex. difenylsilandiol . För steriskt skrymmande substituenter har även silantrioler framställts.
Reaktioner
Aciditet
Silanoler är surare än motsvarande alkoholer. Denna trend står i kontrast till det faktum att Si är mycket mindre elektronegativt än kol (1,90 respektive 2,55). För Et3SiOH uppskattas pKa till 13,6 mot 19 för tert butylalkohol - . p Ka för 3−ClC 6 H 4 )Si(CH 3 ) 2 OH är 11. På grund av sin högre surhet kan silanoler deprotoneras helt i vattenlösning , särskilt arylsilanolerna. Konjugatbasen kallas en siloxid eller ett silanolat.
Trots skillnaden i surhetsgrad är grunderna för alkoxider och siloxider liknande.
Kondensation och sol-gel-processen
Silanoler kondenserar för att ge di siloxaner :
- 2 R 3 SiOH → R 3 Si−O−SiR 3 + H 2 O
Omvandlingarna av silylhalider, acetater och etrar till siloxaner sker via silanoler. Sol -gel-processen SiO2 , som innebär omvandling av till exempel Si(OEt) 4 till hydratiserad , fortskrider via silanolmellanprodukter.
Förekomst
Silanoler existerar inte bara som kemiska föreningar , utan är genomträngande på ytan av kiseldioxid och relaterade silikater . Deras närvaro är ansvarig för absorptionsegenskaperna hos silikagel. Vid kromatografi kallas derivatisering av tillgängliga silanolgrupper i en bunden stationär fas med trimetylsilylgrupper som ändkapsling . Organosilanoler förekommer som mellanprodukter i industriella processer såsom tillverkning av silikoner . Dessutom förekommer organosilanoler som metaboliter i den biologiska nedbrytningen av silikoner med små ringar hos däggdjur.
Biorelevans
Vissa silandioler och silantrioler hämmar hydrolytiska enzymer som termolysin och acetylkolinesteras .
Modersilanoler
Bokstavligen hänvisar silanol till en enda förening med formeln H 3 SiOH ( Chemical Abstracts nummer 14475-38-8). Familjen SiH 4− n (OH) n ( n = 1, 2, 3, 4) är mycket instabila och är främst av intresse för teoretiska kemister. Den perhydroxylerade silanolen, ibland kallad ortokiselsyra, diskuteras ofta i vaga ordalag, men har inte karakteriserats väl.
- EL Salmawy, MS, Nakahiro, Y. och Wakamatsu, T. (1993). Silanolgruppens roll i flotationsseparation av kvarts från fältspat med användning av nonjoniska ytaktiva ämnen, 18:e IMPC, s. 845–849, The Australian Institute of Mining and Metallurgical Engineering, Sydney, Australien.