Διφθοροσιλάνιο

Το διφθοροσιλάνιο (αγγλικά: difluorosilane) είναι ανόργανη χημική ένωση, που περιέχει πυρίτιο, υδρογόνο και φθόριο, με μοριακό τύπο SiH₂F₂. Είναι ένα από τα απλούστερα αλοσιλάνια. Το χημικά καθαρό διφθοροσιλάνιο, στις «συνηθισμένες συνθήκες», δηλαδή σε θερμοκρασία 25 °C και υπό πίεση 1 atm, είναι αέριο. Ο όρος διφθοροσιλάνιο επεκτείνεται και πέραν της «μητρικής» ένωσης, και αναφέρεται, επίσης, και σε μια ευρύτερη ομάδα «θυγατρικών» διφθοροσιλανίων, ανόργανων και οργανικών, που περιέχουν δυο (2) δεσμούς Si-F.

Ονοματολογία

Η ονομασία διφθοροσιλάνιο προκύπτει αν η ένωση θεωρηθεί υποκατεστημένο σιλάνιο (SiH₄), δηλαδή σιλάνιο, δύο (2) άτομα υδρογόνου του οποίου, έχουν αντικατασταθεί από δύο (2) άτομα φθορίου.

Δομή

Η μοριακή δομή του διφθοροσιλανίου ομοιάζει γεωμετρικά με αυτήν του διφθορομεθάνιου. Ωστόσο, οι δεσμοί Si-Η είναι πολωμένοι κατά την έννοια Si^δ+-H^δ-, 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). Επίσης, η διαφορά ηλεκτραρνητικότητας μεταξύ πυριτίου και φθορίου (3,98 κατά Paouling) είναι πολύ μεγαλύτερη από την αντίστοιχη άνθρακα - φθορίου. Το γεγονός αυτό δίνει μεγάλο ποσοσστό ετεροπολικότητας στο δεσμό Si-F.

Δεσμοί
Δεσμός	τύπος δεσμού	ηλεκτρονική δομή	Μήκος δεσμού	Ιονισμός
Si-F	σ	3sp³-2sp³	160 pm	66% Si+ F-
Si-H	σ	3sp³-1s	148 pm	3% Si+ H-
Γωνίες
HSiΗ	109° 28'
HSiF	109° 28'
Στατιστικό ηλεκτρικό φορτίο
F	-0,66
Η	-0,03
Si	+1,38

Παραγωγή

Από διχλωροσιλάνιο με φθοριούχο υφυδράργυρο

Με επίδραση φθοριούχου υφυδραργύρου σε διχλωροσιλάνιο, παράγεται διφθοροσιλάνιο:

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

Από σιλάνιο και υδροφθόριο ή κάποιο διφθοραλκάνιο

Με επίδραση υδροφθόριου ή κάποιου διφθοραλκάνιου (π.χ. τύπου RCHF₂) σε σιλάνιο, παράγεται διφθοροσιλάνιο

$\mathrm{S}\mathrm{i}{\mathrm{H}}_{\mathrm{4}}\mathrm{+}\mathrm{2}\mathrm{H}\mathrm{F}\stackrel{B{F}_3}{\to }\mathrm{S}\mathrm{i}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}{\mathrm{F}}_{\mathrm{2}}\mathrm{+}\mathrm{2}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}$
$\mathrm{S}\mathrm{i}{\mathrm{H}}_{\mathrm{4}}\mathrm{+}\mathrm{R}\mathrm{C}\mathrm{H}{\mathrm{F}}_{\mathrm{2}}\stackrel{B{F}_3}{\to }\mathrm{S}\mathrm{i}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}{\mathrm{F}}_{\mathrm{2}}\mathrm{+}\mathrm{R}\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}$

• Παράγονται ως παραπροϊόντα και άλλα φθοροσιλάνια.

Χημική συμπεριφορά

Βασική ιδιότητα του διφθοροσιλανίου είναι η υδρόλυσή του, από την οποία παράγεται (τελικά) υδρογόνο, υδροφθόριο και πυριτικό οξύ:

$\mathrm{S}\mathrm{i}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}{\mathrm{F}}_{\mathrm{2}}\mathrm{+}\mathrm{4}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}\stackrel{}{\to }{\mathrm{H}}_{\mathrm{4}}\mathrm{S}\mathrm{i}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}\mathrm{+}\mathrm{2}\mathrm{H}\mathrm{F}\mathrm{+}\mathrm{2}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}$

• Σημείωση: Αρχικά υδρολύονται τα άτομα φθορίου, παράγοντας σιλανοδιόλη [SiH₂(OH)₂] και υδροφθόριο, αλλά στη συνέχεια υδρολύονται και τα άτομα υδρογόνου, αφού τα σιλάνια έχουν ιδιότητες υδριδίων, παράγοντας πυριτικό οξύ και υδρογόνο.

Γενικότερα, το διφθοροσιλάνιο μπορεί να υποστεί πυρινόφιλες υποκαταστάσεις, με το μηχανισμό S_N¹. Στόχος των τελευταίων είναι αρχικά τα άτομα του φθορίου και σε δεύτερο χρόνο τα άτομα υδρογόνου. Για πυρηνόφιλα αντιδραστήρια γενικού τύπου AZ, όπου Z το πυρηνόφιλο τμήμα του αντιδραστηρίου, έχουμε τις ακόλουθες αντιδράσεις:

$\mathrm{S}\mathrm{i}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}{\mathrm{F}}_{\mathrm{2}}\mathrm{+}\mathrm{2}\mathrm{A}\mathrm{Z}\stackrel{}{\to }\mathrm{S}\mathrm{i}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}{\mathrm{Z}}_{\mathrm{2}}\mathrm{+}\mathrm{2}\mathrm{A}\mathrm{F}$
$\mathrm{S}\mathrm{i}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}{\mathrm{Z}}_{\mathrm{2}}\mathrm{+}\mathrm{2}\mathrm{A}\mathrm{Z}\stackrel{}{\to }\mathrm{S}\mathrm{i}{\mathrm{Z}}_{\mathrm{4}}\mathrm{+}\mathrm{2}\mathrm{A}\mathrm{H}$

Επειδή ούτε το φθόριο ούτε το υδρογόνο είναι καλές αποχωρούσες ομάδες οι αντιδράσεις είναι (αρκετά) αργές, ώστε συνήθως τα προϊόντα μερικής υποκατάστασης είναι απομονώσιμα. Όταν είναι επιθυμητή η επιτάχυνση των αντιδράσεων αυτών χρησιμοποιείται καταλύτης, όπως το τριφθοριούχο βόριο (BF₃). Η παραπάνω αναφερόμενη υδρόλυση αποτελεί ειδική περίπτωση της γενικής για A = H, Z = OH και πρόσθεση κατά μέλη των αντίστοιχων στοιχειομετρικών εξισώσεων. Παρόμοια περίπτωση αποτελεί η επίδραση αλκοόλης (ROH) σε διφθοροσιλάνιο, οπότε έχουμε A = R και Z = OH:

$\mathrm{S}\mathrm{i}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}{\mathrm{F}}_{\mathrm{2}}\mathrm{+}\mathrm{4}\mathrm{R}\mathrm{O}\mathrm{H}\stackrel{B{F}_3}{\to }{\mathrm{H}}_{\mathrm{4}}\mathrm{S}\mathrm{i}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}\mathrm{+}\mathrm{2}\mathrm{R}\mathrm{F}\mathrm{+}\mathrm{2}\mathrm{R}\mathrm{H}$

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