Μεθυλοφθοροσιλάνιο

Πρότυπο:Πληροφορίες χημικής ένωσης Να μη συγχέεται με το ισομερές (φθορομεθυλο)σιλάνιο.

Το μεθυλοφθοροσιλάνιο (αγγλικά methyl fluorosilane) είναι οργανική χημική ένωση, που περιέχει άνθρακα, πυρίτιο, υδρογόνο και φθόριο, με μοριακό τύπο CH₅FSi, αν και συνήθως παριστάνεται με τον ημισυντακτικό του τύπο CH₃SiH₂F. Eίναι το απλούστερο οργανικό φθοροσιλάνιο. Θεωρείται ότι προκύπτει από το «μητρικό» φθοροσιλάνιο με αντικατάσταση ενός ατόμου υδρογόνου του τελευταίου από μεθύλιο.

Ονοματολογία

Από τις παραπάνω αναφερόμενες ονομασίες:

1. Η ονομασία μεθυλοφθοροσιλάνιο προκύπτει αν η ένωση θεωρηθεί υποκατεστημένο σιλάνιο (SiH₄), δηλαδή ότι ένα άτομο υδρογόνου του σιλανίου έχει αντικατασταθεί από μεθύλιο (CH₃) και ένα άλλο από φθόριο. Το πρόθεμα μεθυλο- μπαίνει πριν από το φθορο-, γιατί σύμφωνα με το ελληνικό αλφάβητο είναι μ<φ.
2. Η ονομασία (φθοροσιλυλο)μεθάνιο προκύπτει αν η ένωση θεωρηθεί υποκατεστημένο μεθάνιο (CH₄), δηλαδή ότι ένα άτομο υδρογόνου του μεθανίου έχει αντικατασταθεί από φθοροσιλύλιο (-SiH₂F). Το πρόθεμα φθοροσιλυλο- είναι ενιαίο, γιατί εκφράζει την ομάδα -SiH₂F και όχι ξεχωριστά τις ομάδες σιλυλο- (-SiH₃) και φθορο- (-F).
3. Η ονομασία σιλα-1-φθοραιθάνιο προκύπτει από την «ονοματολογία αντικαταστάσεως», δηλαδή φθοραιθάνιο (CH₃CH₂F) στο οποίο έχει αντικατασταθεί ένα άτομο άνθρακα (C) από πυρίτιο (Si). Ο αριθμός θέσης #1 χρειάζεται εδώ για να δείξει ότι το φθόριο είναι ενωμένο με το πυρίτιο, που ως ετεροάτομο και απουσία σημαντικότερης χαρακτηριστικής ομάδας, χρησιμοποιείται ως #1 άτομο της αλυσίδας. Το πρόθεμα σιλα- μπαίνει πριν από το φθορο-, γιατί σύμφωνα με το ελληνικό αλφάβητο είναι σ<φ.

Ισομέρεια

Έχει ένα (1) μόνο ισομερές θέσης, το (φθορομεθυλο)σιλάνιο (FCH₂SiH₃).

Δομή

Η δομή του ομοιάζει γεωμετρικά με αυτήν του αιθανίου. Ωστόσο οι δεσμοί C-Si και Si-Η είναι πολωμένοι κατά την έννοια C^δ--Si^δ+ και Si^δ+-H^δ-, αντίστοιχα, γιατί το πυρίτιο έχει μικρότερη ηλεκτραρνητικότητα (1,90 κατά Paouling) και από τον άνθρακα (2,55 κατά Paouling) και από το υδρογόνο (2,20 κατά Paouling). Επιπλέον περιέχει ένα άτομο φθορίου, με ηλεκτραρνητικότητα 3,98 κατά Paouling, συνδεμένο με το άτομο του πυριτίου, αντί ενός ατόμου υδρογόνου. Σημειώστε τη μεγάλη διαφορά ηλεκτραρνητικότητας φθορίου - πυριτίου, που οδηγεί σε πανίσχυρο χημικό δεσμό Si-F.

Δεσμοί
Δεσμός	τύπος δεσμού	ηλεκτρονική δομή	Μήκος δεσμού	Ισχύς δεσμού	Ιονισμός
C-H	σ	2sp³-1s	109 pm	411 kJ/mol	3% C- H+
C-Si	σ	2sp³-3sp³	185 pm	318 kJ/mol	10,5% C- Si+
Si-H	σ	3sp³-1s	148 pm	318 kJ/mol	3% Si+ H-
Si-F	σ	3sp³-2sp³	160 pm	565 kJ/mol	67% Si+ F-
Στατιστικό ηλεκτρικό φορτίο
F	-0,67
C	-0,195
Η (Si-H)	-0,03
Η (C-H)	+0,03
Si	+0,835

Παραγωγή

Με επίδραση υδροφθορίου ή φθοραλκανίου σε μεθυλοσιλάνιο

Με επίδραση υδροφθορίου ή κάποιου φθοραλκανίου (RF) σε μεθυλοσιλάνιο, παρουσία τριφθοριούχου βορίου, παράγεται μεθυλοφθοροσιλάνιο. Πρόκειται για εφαρμογή αντίδρασης πυρηνόφιλης υποκατάστασης:

$\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}\mathrm{S}\mathrm{i}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}\mathrm{+}\mathrm{H}\mathrm{F}\stackrel{B{F}_3}{\to }\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}\mathrm{S}\mathrm{i}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{F}\mathrm{+}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{\uparrow }$
ή
$\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}\mathrm{S}\mathrm{i}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}\mathrm{+}\mathrm{R}\mathrm{F}\stackrel{B{F}_3}{\to }\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}\mathrm{S}\mathrm{i}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{F}\mathrm{+}\mathrm{R}\mathrm{H}$

Με προσθήκη υδροφθορίου σε μεθυλενοσιλάνιο

Με προσθήκη υδροφθορίου σε μεθυλενοσιλάνιο παράγεται μεθυλοφθοροσιλάνιο.:

$\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{=}\mathrm{S}\mathrm{i}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{+}\mathrm{H}\mathrm{F}\stackrel{}{\to }\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}\mathrm{S}\mathrm{i}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{F}$

Με μεθυλένιο

Με επίδραση μεθυλενίου ([:CH₂]) σε φθοροσιλάνιο (SiH₃F) παράγεται μεθυλοφθοροσιλάνιο:

$\mathrm{S}\mathrm{i}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}\mathrm{F}\mathrm{+}\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}\mathrm{C}\mathrm{l}\mathrm{+}\mathrm{K}\mathrm{O}\mathrm{H}\stackrel{}{\to }\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}\mathrm{S}\mathrm{i}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{F}\mathrm{+}\mathrm{K}\mathrm{C}\mathrm{l}\mathrm{+}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}$

Με ισομερείωση του φθορομεθυλοσιλάνιου

Το ισομερές του φθορομεθυλοσιλάνιο έχει την τάση να ισομερειώνεται στο σταθερότερο μεθυλοφθοροσιλάνιο:

$\mathrm{S}\mathrm{i}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{F}\stackrel{B{F}_3}{\to }\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}\mathrm{S}\mathrm{i}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{F}$

Με υποκατάσταση χλωρίου από φθόριο

Με επίδραση φθοριούχου υφυδραργύρου (Hg₂F₂) σε μεθυλοχλωροσιλάνιο (CH₃SiH₂Cl) μπορεί να υποκατασταθεί το χλώριο από φθόριο, γιατί ο σχηματισμός δυσδυάλυτου χλωριούχου υφυδραργύρου μετακινεί τη χημική ισορροπία της αντίδρασης προς τα δεξιά:

$\mathrm{2}\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}\mathrm{S}\mathrm{i}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{C}\mathrm{l}\mathrm{+}\mathrm{H}{\mathrm{g}}_{\mathrm{2}}{\mathrm{F}}_{\mathrm{2}}\stackrel{}{\to }\mathrm{2}\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}\mathrm{S}\mathrm{i}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{F}\mathrm{+}\mathrm{H}{\mathrm{g}}_{\mathrm{2}}\mathrm{C}{\mathrm{l}}_{\mathrm{2}}\mathrm{\downarrow }$

Χημικές ιδιότητες και παράγωγα

Υποκατάσταση από χλώριο

Με επίδραση χλωριούχου ασβεστίου σε μεθυλοφθορoμεθάνιο παράγεται μεθυλοχλωροσιλάνιο:

$\mathrm{2}\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}\mathrm{S}\mathrm{i}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{F}\mathrm{+}\mathrm{C}\mathrm{a}\mathrm{C}{\mathrm{l}}_{\mathrm{2}}\stackrel{}{\to }\mathrm{2}\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}\mathrm{S}\mathrm{i}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{C}\mathrm{l}\mathrm{+}\mathrm{C}\mathrm{a}{\mathrm{F}}_{\mathrm{2}}\mathrm{\downarrow }$

Υποκατάσταση από μέταλλα

1. Με λίθιο (Li). Παράγεται (μεθυλοσιλυλο)λίθιο:

$\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}\mathrm{S}\mathrm{i}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{F}\mathrm{+}\mathrm{2}\mathrm{L}\mathrm{i}\stackrel{|E{t}_{2}O|}{\to }\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}\mathrm{S}\mathrm{i}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{L}\mathrm{i}\mathrm{+}\mathrm{L}\mathrm{i}\mathrm{F}$

2. Με μαγνήσιο (Mg) παράγεται (μεθυλοσιλυλο)μαγνησιοφθορίδιο (αντιδραστήριο Grignard):

$\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}\mathrm{S}\mathrm{i}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{F}\mathrm{+}\mathrm{M}\mathrm{g}\stackrel{|E{t}_{2}O|}{\to }\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}\mathrm{S}\mathrm{i}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{M}\mathrm{g}\mathrm{F}$

Αναγωγή

1. Με λιθιοαργιλιοϋδρίδιο (LiAlH₄) παράγεται μεθυλοσιλάνιο:

$\mathrm{4}\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}\mathrm{S}\mathrm{i}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{F}\mathrm{+}\mathrm{L}\mathrm{i}\mathrm{A}\mathrm{l}{\mathrm{H}}_{\mathrm{4}}\stackrel{}{\to }\mathrm{4}\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}\mathrm{S}\mathrm{i}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}\mathrm{+}\mathrm{L}\mathrm{i}\mathrm{F}\mathrm{+}\mathrm{A}\mathrm{l}{\mathrm{F}}_{\mathrm{3}}$

2. Με «υδρογόνο εν τω γενάσθαι», δηλαδή μέταλλο + οξύ παράγεται μεθυλοσιλάνιο:

$\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}\mathrm{S}\mathrm{i}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{F}\mathrm{+}\mathrm{Z}\mathrm{n}\mathrm{+}\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{l}\stackrel{}{\to }\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}\mathrm{S}\mathrm{i}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}\mathrm{+}\mathrm{Z}\mathrm{n}\mathrm{C}\mathrm{l}\mathrm{F}$

3. Αυτοξειδοαναγωγή:

$\mathrm{2}\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}\mathrm{S}\mathrm{i}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{F}\stackrel{B{F}_3}{\to }\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}\mathrm{S}\mathrm{i}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}\mathrm{+}\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}\mathrm{S}\mathrm{i}\mathrm{H}{\mathrm{F}}_{\mathrm{2}}$

4. Αναγωγή από ένα αλκυλοκασσιτεράνιο. Π.χ.:

$\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}\mathrm{S}\mathrm{i}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{F}\mathrm{+}\mathrm{R}\mathrm{S}\mathrm{n}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}\stackrel{}{\to }\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}\mathrm{S}\mathrm{i}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}\mathrm{+}\mathrm{R}\mathrm{S}\mathrm{n}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{F}$

Αντίδραση απόσπασης

Με απόσπαση υδροφθορίου (HF) από μεθυλοφθοροσιλάνιο παράγεται μεθυλενοσιλάνιο:

$\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}\mathrm{S}\mathrm{i}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{F}\mathrm{+}\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{O}\mathrm{H}\underset{\mathrm{△}}{\overset{ROH}{\to }}\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{=}\mathrm{S}\mathrm{i}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{+}\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{F}\mathrm{+}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}$

Παρεμβολή καρβενίων

• Τα καρβένια (π.χ. [:CH₂]) μπορούν παρεμβληθούν στους δεσμούς C-H. και Si-Η Π.χ. έχουμε:

$\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}\mathrm{S}\mathrm{i}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{F}\mathrm{+}\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}\mathrm{C}\mathrm{l}\mathrm{+}\mathrm{K}\mathrm{O}\mathrm{H}\stackrel{}{\to }\frac{3}{5}\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{S}\mathrm{i}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{F}\mathrm{+}\frac{2}{5}\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}\mathrm{S}\mathrm{i}\mathrm{H}\mathrm{F}\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}\mathrm{+}\mathrm{K}\mathrm{C}\mathrm{l}\mathrm{+}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}$

Προκύπτει, δηλάδή,μίγμα αιθυλοφθοροσιλάνιου ~60% και διμεθυλοφθοροσιλάνιου ~40%.

Πηγές

1. SCHAUM'S OUTLINE SERIES, «ΟΡΓΑΝΙΚΗ ΧΗΜΕΙΑ», Μτφ. Α. Βάρβογλη, 1999
2. «Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας» Ν. Α. Πετάση 1982
3. Αναστάσιου Βάρβογλη, «Χημεία Οργανικών Ενώσεων», Παρατηρητής, Θεσσαλονίκη 1991
4. Καραγκιοζίδη Σ. Πολυχρόνη, «Ονοματολογία Οργανικών Ενώσεων στα Ελληνικά & Αγγλικά» Β΄ ΈκδοσηΘεσσαλονίκη 1991
5. Νικολάου Ε. Αλεξάνδρου, «Γενική Οργανική Χημεία», Εκδόσεις Ζήτη, Θεσσαλονίκη 1985
6. Δημητρίου Ν. Νικολαΐδη, «Ειδικά Μαθήματα Οργανικής Χημείας», ΑΠΘ, θεσσαλονίκη 1983
7. Νικολάου Ε. Αλεξάνδρου, Αναστάσιου Βάρβογλη, Φαίδωνα Χατζημηχαλάκη, «Εργαστηριακός Οδηγός», Εκδόσεις Ζήτη, Θεσσαλονίκη 1986
8. Νικολάου Ε. Αλεξάνδρου, Αναστάσιου Βάρβογλη, Δημητρίου Ν. Νικολαΐδη: «Χημεία Ετεροκυκλικών Ενώσεων», Εκδόσεις Ζήτη, Θεσσαλονίκη 1985