Μεθυλενοσιλάνιο

Το μεθυλενοσιλάνιο (αγγλικά methylenesilane) είναι οργανική χημική ένωση, που περιέχει άνθρακα, υδρογόνο και πυρίτιο, έχει μοριακό τύπο CH₄Si, αν και συνήθως παριστάνεται από τον ημισυντακτικό του τύπο, CH₂=SiH₂. Είναι ένα αλκιλιδενοσιλάνιο.

Ισομέρεια

Έχει δύο (2) ισομερή θέσης:

1. Μεθυλενυλοσιλάνιο, με μοριακό τύπο :CHSiH₃. Είναι ένα καρβένιο, δηλαδή ασταθές χημικό είδιος που περιέχει δισθενή άνθρακα (C^II).
2. Μεθυλοσιλένιο, με μοριακό τύπο: CH₃SiH:. Είναι ένα σιλυλένιο, δηλαδή ασταθές χημικό είδιος που περιέχει δισθενές πυρίτιο (Si^II).

Ονοματολογία

1. Η ονομασία μεθυλενοσιλάνιο προκύπτει αν η ένωση θεωρηθεί υποκατεστημένο σιλάνιο (SiH₄), δηλαδή σιλάνιο, δύο άτομα υδρογόνου του οποίου, έχουν αντικατασταθεί από μεθυλένιο (=CH₂).
2. Η ονομασία σιλυλενομεθάνιο προκύπτει αν η ένωση θεωρηθεί υποκατεστημένο μεθάνιο (CH₄), δηλαδή μεθάνιο, δύο άτομα υδρογόνου του οποίου, έχουν αντικατασταθεί από σιλυλιδένιο (=SiH₂).
3. Τέλος, η ονομασία σιλαιθένιο προκύπτει από την «ονοματολογία αντικαταστάσεως», δηλαδή η ένωση θεωρηθεί υποκατεστημένο αιθένιο (CH₂=CH₂), δηλαδή αιθένιο στο οποίο έχει αντικατασταθεί ένα άτομο άνθρακα (C) από ένα άτομο πυρίτιου (Si).

Δομή

Η μοριακή δομή του μεθυλενοσιλανίου ομοιάζει γεωμετρικά με αυτήν του αιθενίου. 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).

Δεσμοί
Δεσμός	τύπος δεσμού	ηλεκτρονική δομή	Μήκος δεσμού	Ιονισμός
C-H	σ	2sp²-1s	107 pm	3% C- H+
C=Si	σ	2sp²-2sp²	163,5 pm	10,5% C- Si+
Si=C	π	3p-2p	163,5 pm
Si-H	σ	3sp²-1s	128,5 pm	3% Si+ H-
Γωνίες
HCSi	120°
CSiH	120°
HCH	120°
HSiH	120°
Στατιστικό ηλεκτρικό φορτίο
Η (Si-H)	-0,03
C	-0,27
Η (C-H)	+0,03
Si	+0,27

Παραγωγή

Αντίδραση απόσπασης

Με απόσπαση υδραλογόνου (HX) από αλομεθυλοσιλάνιο παράγεται μεθυλενοσιλάνιο:

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

Χημική συμπεριφορά

Το μεθυλενοσιλάνιο συνδυάζει τις ιδιότητες των αλκενίων με εκείνες των σιλανίων. Είναι πολύ πιο δραστικό από το αιθένιο, γιατί ο διπλός δεσμός C=Si είναι πολύ λιγότερο σταθερός από τον δεσμό C=C. Με κάποια από τα παρακάτω αντιδραστήρια δίνει πιθανότατα και παράπλευρες αντιδράσεις.

Ενυδάτωση

Με επίδραση θειικού οξέος σε μεθυλοσιλάνιο παράγεται αρχικά όξινος θειικός εστέρας. Στη συνέχεια με επίδραση νερού (ενυδάτωση). Παράγεται μεθυλοσιλανόλη:

$\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{=}\mathrm{S}\mathrm{i}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{+}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}\stackrel{}{\to }\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}\mathrm{S}\mathrm{i}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}\mathrm{H}\stackrel{+H_{2}O}{\to }\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}\mathrm{S}\mathrm{i}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}\mathrm{H}\mathrm{+}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}$

Προσθήκη υποαλογονώδους οξέως

Με επίδραση (προσθήκη) υποαλογονώδους οξέος (HOX, εδώ το X είναι οποιοδήποτε αλκογόνο εκτός από F και At) σε μεθυλοσιλάνιο παράγεται αλομεθυλοσιλανόλη:

$\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{=}\mathrm{S}\mathrm{i}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{+}\mathrm{H}\mathrm{O}\mathrm{X}\stackrel{}{\to }\mathrm{X}\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{S}\mathrm{i}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}\mathrm{H}$

• Το υποφθοριώδες οξύ (HOF) δίνει αντίστροφη προσθήκη με προϊόν υδροξυμεθυλοφθοροσιλάνιο:

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

Καταλυτική υδρογόνωση

Με καταλυτική υδρογόνωση μεθυλοσιλενίου σχηματίζεται μεθυλοσιλάνιο. Π.χ.:

$\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{=}\mathrm{S}\mathrm{i}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{+}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\stackrel{Ni\acute{\eta }Pd\acute{\eta }Pt}{\to }\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}\mathrm{S}\mathrm{i}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}$

Αλογόνωση

Με επίδραση αλογόνου (X₂) (αλογόνωση) σε μεθυλοσιλένιο έχουμε προσθήκη στο διπλό δεσμό. Παράγεται αλο(αλομεθυλο)σιλάνιο. Π.χ.:

$\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{=}\mathrm{S}\mathrm{i}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{+}{\mathrm{X}}_{\mathrm{2}}\stackrel{CC{l}_4}{\to }\mathrm{X}\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{S}\mathrm{i}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{X}$

Υδραλογόνωση

Με προσθήκη υδραλογόνων (HX) (υδραλογόνωση) σε μεθυλοσιλένιο παράγεται αλομεθυλοσιλάνιο:

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

Υδροκυάνωση

Με προσθήκη υδροκυανίου (HCN) (υδροκυάνωση) σε μεθυλοσιλένιο παράγεται κυανομεθυλοσιλάνιο:

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

Διυδροξυλίωση

Η διυδροξυλίωση μεθυλοσιλενίου, αντιστοιχεί σε προσθήκη H₂O₂ και παράγει υδροξυμεθυλοσιλανόλη:

Επίδραση καρβονικού οξέος και υπεροξείδιου του υδρογόνου:

$\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{=}\mathrm{S}\mathrm{i}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{+}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}\stackrel{RCOOH}{\to }\mathrm{H}\mathrm{O}\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{S}\mathrm{i}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}\mathrm{H}$

Αρυλίωση

Με επίδραση αρενίων (A_rH) παράγεται παράγωγο γενικού τύπου A_rSiH₂CH₃. Π.χ. με βενζολίου, παρουσία καταλύτη, παράγεται μεθυλοφαινυλοσιλάνιο:

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

• Πρόκειται για αντίδραση προσθήκης του βενζολίου (PhH) με την έννοια Ph^δ--H^δ+.

Παρεμβολή και κυκλοπροσθήκη μεθυλενίου

Με επίδραση μεθυλενίου ([:CH₂]) σε μεθυλενοσιλάνιο παράγονται αιθυλιδενοσιλάνιο (CH₃CH=SiH₂), μεθυλενομεθυλοσιλάνιο (CH₃SiH=CH₂) και σιλιράνιο:

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

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