Σιλανοδιόλη

Η σιλανοδιόλη ή διυδροξυσιλάνιο (αγγλικά: silanediol) είναι ανόργανη χημική ένωση, που περιέχει πυρίτιο, υδρογόνο και οξυγόνο, με μοριακό τύπο SiH₄O₂, αν και συνήθως παριστάνεται πιο αναλυτικά με τον ημισυντακτικό τύπο SiH₂(OH)₂. Είναι το πυριτιούχο ανάλογο της μεθανοδιόλης. Εκτός από τη «μητρική» σιλανοδιόλη, ο όρος επεκτείνεται και σε μια ευρύτερη ομάδα ανόργανων και οργανικών «θυγατρικών» ενώσεων, που περιέχουν πυρίτιο και δύο (2) ομάδες υδροξυλίου άμεσα ενωμένες με άτομο πυριτίου.

Σιλανοδιόλη
Γενικά
Όνομα IUPAC	Σιλανοδιόλη
Άλλες ονομασίες	Διυδροξυσιλάνιο
Χημικά αναγνωριστικά
Χημικός τύπος	SiH4O2
Μοριακή μάζα	64,116 amu[1]
Σύντομος συντακτικός τύπος	SiH2(OH)2
SMILES	[SiH3]O[SiH3]
ChemSpider ID	10637957
Δομή
Μοριακή γεωμετρία	τετραεδρική ως προς πυρίτιο
Ισομέρεια
Ισομερή θέσης	1 Υδροϋπεροξυσιλάνιο
Φυσικές ιδιότητες
Χημικές ιδιότητες
Εκτός αν σημειώνεται διαφορετικά, τα δεδομένα αφορούν υλικά υπό κανονικές συνθήκες περιβάλλοντος (25°C, 100 kPa).

Δομή

Η μοριακή δομή της δισιλανόλης ομοιάζει γεωμετρικά με αυτήν της μεθανοδιόλης. Ωστόσο οι δεσμοί Si-Η είναι πολωμένοι κατά την έννοια Si^δ+-H^δ-, γιατί το πυρίτιο έχει μικρότερη ηλεκτραρνητικότητα (1,90 κατά Pauling) και από τον άνθρακα (2,55 κατά Paouling) και από το υδρογόνο (2,20 κατά Pauling). Επίσης, η διαφορά ηλεκτραρνητικότητας μεταξύ πυριτίου και οξυγόνου (3,44 κατά Pauling) είναι πολύ μεγαλύτερη από την αντίστοιχη άνθρακα - οξυγόνου. Το γεγονός αυτό δίνει μεγάλο ποσοστό ετεροπολικότητας (44,6%) στο δεσμό Si-Ο, δηλαδή έχουμε σε μεγάλο ποσοστό μια ένωση της μορφής [SiH₃]⁺OH^-.

Δεσμοί[2]
Δεσμός	τύπος δεσμού	ηλεκτρονική δομή	Μήκος δεσμού	Ιονισμός
Si-O	σ	3sp³ -2sp³	163 pm[3]	44,6% Si+ O-
O-H	σ	2sp³ -1s	96 pm	32% H+ O-
Si-H	σ	3sp³-1s	148 pm	3% Si+ H-
Γωνίες
HSiΗ	109° 28'
HSiO	109° 28'
SiOH	104,45°
Στατιστικό ηλεκτρικό φορτίο[4]
Ο	-0,766
Η (H-Si)	-0,03
Η (H-O)	+0,32
Si	+1,272

Παραγωγή

Από αλοσιλάνια και παράγωγά τους

Οι σιλανόλες, γενικά, συνθέτονται με υδρόλυση αλοσιλανίων, αλκοξυσιλανίων, ακυλοσιλανίων ή αμινοσιλανίων. Τα χλωροσιλάνια είναι τα πιο συνηθισμένα αντιδραστήρια, που χρησιμοποιούνται για το σκοπό αυτό. Έτσι, για την τη σιλανοδιόλη έχουμε αντίστοιχα:

${\displaystyle \mathrm {SiH_{2}X_{2}+2H_{2}O{\xrightarrow {}}SiH_{2}(OH)_{2}+2HX} }$

${\displaystyle \mathrm {SiH_{2}(OR)_{2}+2H_{2}O{\xrightarrow {}}SiH_{2}(OH)_{2}+2ROH} }$

${\displaystyle \mathrm {SiH_{2}(COR)_{2}+2H_{2}O{\xrightarrow {}}SiH_{2}(OH)_{2}+2RCHO} }$

${\displaystyle \mathrm {SiH_{2}(NH_{2})_{2}+2H_{2}O{\xrightarrow {}}SiH_{2}(OH)_{2}+2NH_{3}} }$

Η υδρόλυση των διφθοροσιλανίων απαιτεί πιο δραστικά αντιδραστήρια, όπως τη χρήση βάσης. Τα διαλκοξυσιλάνια (ή σιλυλαιθέρες του γενικού τύπου R₂Si(OR)₂, όπου τα όχι απαραίτητα ίδια R μπορεί να είναι κάποιος μονονσθενής υποκαταστάτης, υδρολύονται αργά. Σε σύγκριση με τους υπόλοιπους σιλυλοδιαιθέρες, οι οξικοί δισιλυλεστέρες υδρολύονται ταχύτερα, με το πλεονέκτημα που έχουν να απελευθερώνουν αιθανικό οξύ, που είναι λιγότερο «επιθετικό». Για το λόγο αυτόν μερικές φορές οι οξικοί σιλυλοδιεστέρες προτιμούνται για ορισμένες εφαρμογές^[5].

Από σιλάνιο

Μια εναλλακτική παραγωγική οδός περιλαμβάνει την οξυγόνωση σιλανίου. Ένα μεγάλο εύρος οξειδωτικών μπορούν να αξιοποιηθούν, που περιλαμβάνουν ατμοσφαιρικό αέρα (περιέχει οξυγόνο), υπεροξέα (RCO₃H), διοξιράνια και υπερμαγγανικό κάλιο (KMnO₄). Με την παρουσία μεταλλικών καταλυτών ή τριφθοριούχου βορίου (και πάλι ως καταλύτη), το σιλάνιο υδρολύεται^[5][6]:

${\displaystyle \mathrm {SiH_{4}+O_{2}{\xrightarrow {}}SiH_{2}(OH)_{2}} }$

${\displaystyle \mathrm {SiH_{4}+2RCO_{3}H{\xrightarrow {}}SiH_{2}(OH)_{2}+2RCO_{2}H} }$

${\displaystyle \mathrm {+{\frac {1}{2}}SiH_{4}{\xrightarrow {}}{\frac {1}{2}}SiH_{2}(OH)_{2}+HCHO} }$

${\displaystyle \mathrm {5SiH_{4}+2KMnO_{4}+H_{2}SO_{4}{\xrightarrow {}}5SiH_{3}OH+K_{2}SO_{4}+MnO_{2}+H_{2}O} }$

${\displaystyle \mathrm {SiH_{4}+2H_{2}O{\xrightarrow {BF_{3}}}SiH_{2}(OH)_{2}+2H_{2}} }$

Οξεοβασική συμπεριφορά

Η σιλανοδιόλη είναι πιο όξινη από τη αντίστοιχη μεθανοδιόλη. Η αποπροτωνίωση της σιλανοδιόλης δίνει ως συζυγή βάση ένα ανιόν τύπου SiH₂(OH)O^-, το οποίο μπορεί να λειτουργήσει ως συναρμωτής που χρησιμοποιείται για να υποστηρίξει καταλύτες. Παρόλη τη (συγκριτικά) αυξημένη της οξύτητα, η σιλανοδιόλη φαίνεται να είναι (ταυτόχρονα) σχεδόν το ίδιο βασική όπως και η μεθανοδιόλη^[5].

Πηγές

• Γ. Βάρβογλη, Ν. Αλεξάνδρου, Οργανική Χημεία, Αθήνα 1972
• Α. Βάρβογλη, «Χημεία Οργανικών Ενώσεων», παρατηρητής, Θεσσαλονίκη 1991
• SCHAUM'S OUTLINE SERIES, ΟΡΓΑΝΙΚΗ ΧΗΜΕΙΑ, Μτφ. Α. Βάρβογλη, 1999
• Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982

Παρατηρήσεις, υποσημειώσεις και αναφορές

1. Διαδικτυακός τόπος ChemSpider
2. Τα δεδομένα προέρχονται από τους πίνακες δεδομένων των στοιχείων άνθρακα, πυριτίου και υδρογόνου και τις πηγές«Table of periodic properties of thw Ellements», Sagrent-Welch Scientidic Company και «Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982»
3. Διαδικτυακό τόπος wiredchemist.com
4. Υπολογισμένο βάση του ιονισμού από τον παραπάνω πίνακα
5. Paul D. Lickiss "The Synthesis and Structure of Organosilanols" Advances in Inorganic Chemistry Volume 42, 1995, Pages 147–262 doi:10.1016/S0898-8838(08)60053-7. Προσαρμογή για σιλανοδιόλη.
6. Α. Βάρβογλη, «Χημεία Οργανικών Ενώσεων», παρατηρητής, Θεσσαλονίκη 1991, σελ. 291-293, §19.1. Προσαρμογή για σιλανοδιόλη