Organosilicon chemistry
Untersuchung von Kohlenstoff-Silicium-Bindungsverbindungen, grundlegend für Silicone und die Industrie.
Die Organosiliciumchemie befasst sich mit Verbindungen, die direkte Bindungen zwischen Kohlenstoff und Silicium aufweisen. Diese Organosiliciumverbindungen sind typischerweise farblos, brennbar, hydrophob und luftstabil, wobei Siliciumcarbid als anorganische Substanz eingestuft wird. Das Fachgebiet begann 1863, als Charles Friedel und James Crafts das erste Organochlorsilan synthetisierten und bei der Herstellung von Ethyl- und Methylkieselsäure auch einen Polykieselsäureether beschrieben. Umfangreiche frühe Forschungen wurden von Frederic S. Kipping durchgeführt, der 1904 den Begriff „Silicone“ prägte, obwohl die Bezeichnung irreführend auf eine ketonartige Struktur hindeutet. Kipping verwendete Grignard-Reagenzien zur Herstellung von Alkylsilanen und Arylsilanen und stellte als Erster Silicon-Oligomere und -Polymere her. 1945 beschrieb Eugene G. Rochow das Müller-Rochow-Verfahren, ein wichtiges industrielles Herstellungsverfahren. Die meisten Organosiliciumverbindungen werden aus Organosiliciumchloriden gewonnen, die durch das Direktverfahren aus Methylchlorid und einer Silicium-Kupfer-Legierung hergestellt werden; Dimethyldichlorsilan ist das Hauptprodukt, wobei auf diese Weise jährlich etwa eine Million Tonnen Organosiliciumverbindungen produziert werden. Eine weitere wichtige Bildungsmethode ist die Hydrosilylierung, bei der Si–H-Bindungen unter Verwendung von Platingruppenmetall-Katalysatoren an ungesättigte Substrate wie Alkene addiert werden. Kohlenstoff-Silicium-Bindungen sind länger und schwächer als Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindungen, und die C–Si-Bindung ist aufgrund der geringeren Elektronegativität von Silicium etwas in Richtung Kohlenstoff polarisiert. Silicium ist anfällig für nukleophilen Angriff durch Sauerstoff, Chlor oder Fluor, und die Si–O-Bindung ist bemerkenswert stark. Organosiliciumverbindungen kommen in vielen kommerziellen Produkten vor, darunter Entschäumer, Dichtungsmassen, Klebstoffe und Beschichtungen. Obwohl Kohlenstoff-Silicium-Bindungen in der Biologie nicht vorkommen, wurden Enzyme genutzt, um sie künstlich in lebenden Mikroben zu erzeugen. Silafluofen ist ein Organosilicium-Pyrethroid-Insektizid, und mehrere solcher Verbindungen wurden als Arzneimittel untersucht.
Quick Facts
- Field
- Organometallic chemistry
- Key compounds
- Organosilicon compounds (e.g., silicones, silyl chlorides)
- Annual production
- About 1 million tons of organosilicon compounds
Facts from the source article.
Hintergrund
Frederic S. Kipping leistete Pionierarbeit in der frühen Forschung des 20. Jahrhunderts zu Organosiliciumverbindungen, indem er Grignard-Reagenzien zur Herstellung von Alkylsilanen und Arylsilanen verwendete und erstmals Silicon-Oligomere und -Polymere herstellte. Er prägte 1904 den Begriff „Silicone“, obwohl die Namensähnlichkeit mit Ketonen irreführend ist. In den 1960er Jahren richtete die Dow Chemical Company einen Preis ein, der bedeutende Beiträge zur Siliciumchemie zu seinen Ehren würdigt. Eugene G. Rochow beschrieb später das Müller-Rochow-Verfahren, ein wichtiges industrielles Verfahren zur Herstellung von Organosiliciumchloriden durch Umsetzung von Methylchlorid mit einer Silicium-Kupfer-Legierung, wobei Dimethyldichlorsilan als Hauptprodukt neben Trimethylsilylchlorid und Methyltrichlorsilan anfällt; auf diese Weise werden jährlich etwa eine Million Tonnen Organosiliciumverbindungen hergestellt. Die erste Organosiliciumverbindung, Tetraethylsilan, wurde 1863 von Charles Friedel und James Crafts aus Tetrachlorsilan und Diethylzink synthetisiert. Organosiliciumverbindungen sind im Allgemeinen farblos, brennbar, hydrophob und luftstabil. Sie werden häufig in kommerziellen Produkten wie Entschäumern, Dichtungsmassen, Klebstoffen und Beschichtungen aus Siliconen sowie als landwirtschaftliche Hilfsstoffe zusammen mit Herbiziden und Fungiziden verwendet. Kohlenstoff-Silicium-Bindungen kommen in der Natur in der Biologie nicht vor, obwohl Enzyme genutzt wurden, um sie künstlich in Mikroben zu erzeugen.
Leserleitfaden
Die Organosiliciumchemie ist aufgrund ihrer breiten Anwendungen in kommerziellen Produkten bedeutend, darunter Entschäumer, Dichtungsmassen, Klebstoffe und Beschichtungen aus Siliconen. Das Fachgebiet trägt auch zur Landwirtschaft durch Hilfsstoffe bei, die mit Herbiziden und Fungiziden verwendet werden, sowie zur Medizin durch untersuchte Arzneimittel und das Insektizid Silafluofen. Industriell produziert das Direktverfahren wichtige Methylchlorsilane wie Dimethyldichlorsilan, wobei jährlich etwa 1 Million Tonnen hergestellt werden. Die Hydrosilylierung ist eine weitere wichtige Methode zur Bildung von Si–C-Bindungen unter Verwendung von Platingruppenmetall-Katalysatoren. Die einzigartige Bindung von Silicium – längere und schwächere C–Si-Bindungen, hohe Si–O-Bindungsenergie und Anfälligkeit für nukleophilen Angriff – liegt vielen Reaktionen wie der Sakurai-Reaktion und der Brook-Umlagerung zugrunde. Während Kohlenstoff-Silicium-Bindungen in der Biologie nicht vorkommen, wurden Enzyme genutzt, um sie künstlich in lebenden Mikroben zu erzeugen. Das Vermächtnis von Kipping und Rochow lebt in der industriellen und synthetischen Bedeutung von Organosiliciumverbindungen fort.
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