Alcoxysilani
Alcoxisilani sunt compuși organici cu formula generală Si (OR) n, adică sunt formați din patru grupări alcoxid (identice sau diferite) legate de un atom de siliciu .
Cei mai frecvenți alcoxisilani sunt tetraetoxisilanul (TEOS) și tetrametoxisilanul (TMOS). Foarte frecvente sunt derivații alchilați ai silanilor , numiți alchil alcoxisilani. De asemenea, este posibil să se sintetizeze alcoxisilani de polisilicate, obținându-se astfel polialcoxisilani.
Proprietăți și caracteristici
Cele alcoxisilani sunt formate de o centrală anionic parțial, SiO 4 4 grup - numit ortosilicat și prin cele patru grupe alchil având o parțială sarcină pozitivă . Sunt solubili în alcool etilic , 2-butanonă , 1,1,1-tricloroetan și tricloretilenă . [1]
Sinteză
Alcoxisilanii mai simpli pot fi sintetizați din tetraclorosilan și din alcoolul dorit:
SiCI 4 + 4 ROH → Si (OR) 4 + 4 HCI
Reacții
Reacția tipică a alcoxisilanilor este hidroliza care la pH neutru este foarte lentă, dar poate fi catalizată de acizi , baze și fluoruri . Viteza de reacție depinde, de asemenea, de raportul dintre cantitățile de apă și alcoxilan utilizate, de obstacolul steric cauzat de grupările substituente și de prezența grupărilor cu un efect inductiv puternic. [2]
Dacă folosim un catalizator acid reacția se desfășoară printr-un S N2 . Reacția începe cu atașarea unui H + la un atom de oxigen . Acest lucru face ca siliciul să fie mai susceptibil la atacul nucleofil al apei. Acest tip de hidroliză catalizată este eficient atunci când substituenții creează puțină dezordine sterică sau când sunt prezenți substituenți donatori de electroni. [2]
Chiar și folosind un catalizator de bază, reacția se desfășoară printr-un S N2 și viteza crește pe măsură ce grupările alcoxid sunt înlocuite de gruparea hidroxil . Cataliza într-un mediu de bază are două dezavantaje. În primul rând, viteza de reacție este mai lentă decât într-un mediu acid. Mai mult, într-un mediu de bază, reacția de hidroliză este o reacție de echilibru care, prin urmare, poate da reesterificare . [2]
Se presupune că, chiar și cu utilizarea fluorurilor, hidroliza are loc printr-un S N 2. Mecanismul prevede că fluorul , având o afinitate mare pentru siliciu, se leagă prin „întindere” și slăbirea tuturor celorlalte legături . Una dintre cele două legături cele mai îndepărtate este astfel atacată de apă. Reacția este completată cu expulzarea unui H + și a unui F - . [2]
Utilizări
Alcoxysilani sunt folosiți ca precursori în procesul sol-gel pentru a produce sticlă și materiale ceramice de înaltă calitate. Acest proces implică prepararea unui sol (o soluție coloidală ) a unui precursor (care poate fi un alcool metalic sau nemetalic), transformarea acestui sol într-un gel și îndepărtarea solventului. [3]
Alchil alcoxysilani sunt utilizați în vopselele hidrofuge. Acești compuși cresc tensiunea superficială a materialelor minerale către moleculele de apă, împiedicând pătrunderea în interior, deteriorând structura clădirii. Datorită solubilității lor bune în apă, alchil alcoxisilanul este preferat altor hidrofugi, cum ar fi siliconii, atunci când este nevoie să impermeabilizați o suprafață umedă sau umedă. Mai mult, alcoxisilanii reacționează cu grupările hidroxil ale suprafeței materialelor silicioase, creând legături chimice care fac materialul foarte hidrofob . Legăturile care se formează între alchil alcoxisilani și silicați au o energie de legătură mare, 88,2 Kcal • mol −1 . [4]
Notă
- ^ Solvenți utilizați în Restaurare , pe webalice.it . Adus la 21 ianuarie 2015 (arhivat din original la 22 ianuarie 2015) .
- ^ a b c d Film și materiale în vrac cu proprietăți optice, electrice și senzoriale deosebite ( PDF ), pe chim.unipr.it . Adus la 1 ianuarie 2014 (arhivat din original la 29 septembrie 2016) .
- ^ Analiza procesului sol-gel și a aplicațiilor sale ( PDF ), pe thesis.cab.unipd.it . Adus 1 ianuarie 2014 .
- ^ Protecția și impermeabilizarea clădirilor, materialelor de construcție, piatră și teracotă. ( PDF ), pe roadmaster.it . Adus pe 21 ianuarie 2015 (arhivat din original la 4 martie 2016) .
