Σιλιράνιο

To σιλιράνιο (αγγλικά: silirane) είναι οργανική ετεροκυκλική χημική ένωση, που περιέχει άνθρακα, υδρογόνο και πυρίτιο, με μοριακό τύπο C2H6Si, αν και συνήθως παριστάνεται με το γραμμικό τύπο του . Είναι το απλούστερο ετεροκυκλικό οργανοσιλάνιο.

 Με βάση το μοριακό τύπο του (C2H6Si) έχει τα ακόλουθα τρία (3) ισομερή θέσης: Αιθυλιδενοσιλάνιο, με ημισυντακτικό τύπο CH3CH=SiH2. Βινυλοσιλάνιο, με ημισυντακτικό τύπο CH2=CHSiH3. Μεθυλενομεθυλοσιλάνιο, με ημισυντακτικό τύπο CH3SiH=CH2. Το σιλιράνιο είναι η «μητρική ένωση» για μια σειρά «θυγατρικών» του παραγώγων, που μαζί με τη «μητρική ένωση», ονομάζονται συλλήβδην «σιλιράνια». Πρόκειται, δηλαδή, για όλες οι παράγωγες ετεροκυκλικές οργανικές ενώσεις που περιέχουν έναν (τουλάχιστον) σιλιρανικό δακτύλιο, δηλαδή τριμελή ετεροκυκλικό δακτύλιο που μεριέχει μια σιλυλενική ομάδα (-SiH2-) και δυο (2) μεθυλενικές ομάδες (-CH2-). Τα σιλιράνια είναι ετεροκυκλικές ενώσεις με εξαιρετικές ιδιότητες και συνθετικό δυναμικό. Τα 3d δεσμικά τροχιακά του πυριτίου, που περιέχουν, έχουν εκτεταμένη επίπτωση στη δομική διαφοροποίηση του τριμελούς δακτυλίου τους, σε σύγκριση με τον αντίστοιχο των κυκλοπροπανίων Ιδιαίτερα, τα μήκη δεσμών και οι εσωτερικές δεσμικές γωνίες είναι σημαντικά διαφορετικές από τα ανάλογά τους κυκλοπροπάνια. Κβαντομηχανικοί υπολογισμοί αλλά και τα αντίστοιχα φασματοσκοπικά δεδομένα δείχνουν ότι οι δεσμοί C - Si στα σιλιράνια έχουν μεγαλύτερο μήκος από τους αντίστοιχους δεσμούς C - C των κυκλοπροπανίων, κατά μέσο όρο 30 pm. Επιπρόσθετα, οι ενδοκυκλικές δεσμικές γωνίες C-Si-C διαφέρουν κατά 5 - 10°, με μέσο όρο 54°, για τα σιλιράνια έναντι 60°, των αντίστοιχων γωνιών, για τα κυκλοπροπάνια. Αυτή η δομική διαφοροποίηση δείχνει από μόνη της και χημικές διαφοροποιήσεις, καθώς αυξάνει τη δυσκολία σχηματισμού και χειρισμού των σιλιρανίων, αλλά αυξάνει επίσης και τη χημική δραστικότητα, επομένως και το χημικό ενδιαφέρον της έρευνας των σιλιρανίων ως πρακτικών συνθετικών εργαλείων. Υπάρχουν ικανοποιητικές αναφορές για την επιτυχημένη παραγωγή και εξαγωγή συμπερασμάτων για τις χαρακτηριστικές ιδιότητες των σιλιρανίων. Η ονομασία «σιλιράνιο» παράγεται από την συστηνόμενη από την IUPAC συστηματική ονοματολογία Hantzsch-Widman. Πιο συγκεκριμένα, το αρχικό πρόθεμα «σιλ(α)» σημαίνει την παρουσία ενός ατόμου πυριτίου στον ετεροκυκλικό δακτύλιο. Η συλλαβή «-ιρ-» σημαίνει ότι ο ετεροκυκλικός δακτύλιος είναι τριμελής, δηλαδή αποτελείται από τρία (3) συνολικά άτομα. Η συλλαβή «-αν-» σημαίνει την απουσία διπλού δεσμού στον ετεροκυκλικό δακτύλιο και τέλος, η κατάληξη «-ιο» δίνεται επειδή ο ετεροκυκλικός δακτύλιος δεν περιέχει άζωτο. Η ονομασία «σιλακυκλοπροπάνιο» παράγεται από την εναλλακτική ονοματολογία αντικατάστασης οργανικών ενώσεων. Πιο συγκεκριμένα, η ένωση θεωρείται κυκλοπροπάνιο, ένα (1) άτομο άνθρακα του οποίου αντικαταστάθηκαν από ένα άτομο πυριτίου («σιλ(α)-»). Η ονομασία «επισιλαιθάνιο» παράγεται από την εναλλακτική «ονοματολογία υποκατάστασης», δηλαδή αιθάνιο που δυο άτομα υδρογόνου του οποίου έχουν υποκατασταθεί από ένα (1) άτομο πυριτίου (-σιλ(α)-), που σχηματίζει δακτύλιο, όπως δηλώνει το πρόθεμα «επ(ι)-». Το σιλιράνιο μπορεί να παραχθεί με επίδραση μαγνησίου σε δι(βρωμομεθυλο)σιλάνιο. Η απόδοση της αντίδρασης είναι γύρω στο 45% Όπου THF τετραϋδροφουράνιο. Το σιλιράνιο, από τη δομή του, συνδυάζει τις ιδιότητες ένωσης με τριμελή δακτύλιο, με αυτές οργανοσιλανίου. Έτσι, ως ένωση με τριμελή δακτύλιο δίνει αντιδράσεις 1,3-κυκλοπροσθήκης με διάνοιξη δακτυλίου, όπου «σπάει» ένας από τους δεσμούς C-Si (ενέργεια δεσμών 318 kJ/mole), γιατί είναι ασθενέστεροι από το δεσμό C-C (ενέργεια δεσμού 346 kJ/mole). Ακόμη, ως οργανοσιλάνιο συνδυάζει τις αναγωγικές ιδιότητες ενός καρβιδίου και ενός υδριδίου, αφού το πυρίτιο έχει μικρότερη ηλεκτραρνητικότητα από τον άνθρακα αλλά και από το υδρογόνο. Ορισμένα από τα αντιδραστήρια που αναφέρονται στις παρακάτω αντιδράσεις, είναι δυνατό να προκαλούν και παράπλευρες αντιδράσεις. Καταλυτική υδρογόνωση Με καταλυτική υδρογόνωση σε σιλιράνιο παράγεται αιθυλοσιλάνιο: Υδραλογόνωση Με επίδραση υδραλογόνου (ΗΧ) σε σιλιράνιο παράγεται αιθυλαλοσιλάνιο: Υδροξυαλογόνωση Με επίδραση υπαλογονώδους οξέος (HOX) σε σιλιράνιο παράγεται (2-αλαιθυλο)σιλανόλη: Ισχύει όταν X όχι F. Με επίδραση υποφθοριώδους οξέος (HOF) σε σιλιράνιο παράγεται (2-υδροξυαιθυλο)φθοροσιλάνιο: Ενυδάτωση Με επίδραση θειικού οξέος (H2SO4) σε σιλιράνιο παράγεται αρχικά ο όξινος θειικός αιθυλοσιλυλεστέρας (CH3CH2SiH2OSO3H), που υδρολύεται σχηματίζοντας αιθυλοσιλανόλη: Διυδροξυλίωση Με επίδραση υπεροξείδιο του υδρογόνου (Η2Ο2) σε σιλιράνιο, παρουσία καρβοξυλικών οξέων παράγεται 2-υδροξυαιθυλοσιλανόλη: Αλκοξυλίωση Με επίδραση αλκοόλης (ROH) σε σιλιράνιο παράγεται αιθυλαλκοξυσιλάνιο: Διάφορα πυρηνόφιλα (Nu-) αντιδραστήρια, διασπούν, ανάλογα με τις συνθήκες, έναν από τους δεσμούς C-Si ή έναν από τους δεσμούς Si-Η (πιο εύκολα). Οι μηχανισμοί που επικρατούν είναι οι SN2 και SNi. Η γενική μορφή της πυρηνόφιλης υποκατάστασης υδρογόνου σε σιλιράνιο είναι η ακόλουθη:: Με ANu συμβολίζεται πυρηνόφιλο αντιδραστήριο. Ο ρόλος του BF3 είναι να σχηματίζει το ενδιάμεσο σύμπλοκο [ANu-BF3] και διευκολύνει την ενεργοποίηση του ANu. Παραδείγματα: Si-υδροξυσιλιράνιο 1. Με επίδραση νερού (H2O) σε σιλιράνιο παράγεται υδρογόνο και Si-υδροξυσιλιράνιο: A = H, Nu = OH.2. Με επίδραση αλκοόλης (ROH) σε σιλιράνιο παράγεται το αντίστοιχο στην αλκοόλη αλκάνιο (RH) και Si-υδροξυσιλιράνιο: A = R, Nu = OH. Si-αλκοξυσιλιράνιο Με επίδραση αιθέρα (ROR) σε σιλιράνιο παράγεται το αντίστοιχο στον αιθέρα αλκάνιο (RH) και Si-αλκοξυσιλιράνιο: A = R, Nu = OR. Si-αλκινυλοσιλιράνιο Με επίδραση αλκινίων (RC ≡ CH) σε σιλιράνιο παράγεται υδρογόνο και Si-αλκινυλοσιλιράνιο: A = H, Nu = RC ≡ C. Si-καρβαλκοξυσιλιράνιο Με επίδραση εστέρα (RCOOR) σε σιλιράνιο παράγεται το αντίστοιχο στον εστέρα αλκάνιο (RH) και Si-καρβαλκοξυσιλιράνιο: A = R, Nu = RCOO. Si-κυανοσιλιράνιο Με επίδραση νιτριλίων (RCN) σε σιλιράνιο παράγεται το αντίστοιχο στο νιτρίλιο αλκάνιο (RH) και Si-κυανοσιλιράνιο: A = R, Nu = CN. Si-αλκυλοσιλιράνιο Με επίδραση οργανομεταλλικών ενώσεων (π.χ RNa) σε σιλιράνιο παράγεται το αντίστοιχο υδρίδιο (π.χ. NaH) και Si-αλκυλοσιλιράνιο: Si-υδροθειοσιλιράνιο Με επίδραση θειόλης (RSH) σε σιλιράνιο παράγεται το αντίστοιχο στη θειόλη αλκάνιο (RH) και Si-υδροθειοσιλιράνιο A = R, Nu = SH. A = Na, Nu = R. Si-αλκυλοθειοσιλιράνιο Με επίδραση θειαιθέρα (RSR) σε σιλιράνιο παράγεται το αντίστοιχο στο θειαιθέρα αλκάνιο (RH) και Si-αλκυλοθειοσιλιράνιο: A = R, Nu = SR. Si-αλοσιλιράνιο 1. Με επίδραση υδραλογόνου (RX) σε σιλιράνιο παράγεται υδρογόνο και Si-αλοσιλιράνιο: A = H, Nu = X.2. Το σιλιράνιο μπορεί να ανάγει αλαλκάνια (RX) σε αλκάνια (RH): A = R, Nu = X. Si-αμινοσιλιράνια 1. Με επίδραση αμμωνίας (NH3) σε σιλιράνιο παράγεται υδρογόνο και Si-αμινοσιλιράνιο: A = H, Nu = NH2.2. Με επίδραση πρωτοταγούς αμίνης (RNH2) σε σιλιράνιο παράγεται υδρογόνο και Si-αλκυλαμινοσιλιράνιο: A = Η, Nu = RNH.3. Με επίδραση δευτεροταγούς αμίνης (R2NH) σε σιλιράνιο παράγεται υδρογόνο και Si-διαλκυλαμινοσιλιράνιο: A = Η, Nu = R2N. Όπου τα δυο (2) αλκύλια R, όχι απαραίτητα ίδια.4. Με επίδραση τριτοταγούς αμίνης (R3N) σε σιλιράνιο παράγεται αλκάνιο (RH) και Si-διαλκυλαμινοσιλιράνιο: A = R, Nu = R2N. Όπου τα τρία (3) αλκύλια R, όχι απαραίτητα ίδια. Παπαγεωργίου, Β.Π., Εφαρμοσμένη Οργανική Χημεία, Εκδόσεις Παρατηρητής, Θεσσαλονίκη 2005, ISBN 960-260-342-7 SCHAUM'S OUTLINE SERIES, «ΟΡΓΑΝΙΚΗ ΧΗΜΕΙΑ», Μτφ. Α. Βάρβογλη, 1999 «Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας» Ν. Α. Πετάση 1982 Αναστάσιου Βάρβογλη, «Χημεία Οργανικών Ενώσεων», Παρατηρητής, Θεσσαλονίκη 1991 Καραγκιοζίδη Σ. Πολυχρόνη, «Ονοματολογία Οργανικών Ενώσεων στα Ελληνικά & Αγγλικά» Β΄ Έκδοση Θεσσαλονίκη 1991 Νικολάου Ε. Αλεξάνδρου, «Γενική Οργανική Χημεία», Εκδόσεις Ζήτη, Θεσσαλονίκη 1985 Δημητρίου Ν. Νικολαΐδη, «Ειδικά Μαθήματα Οργανικής Χημείας», ΑΠΘ, θεσσαλονίκη 1983 Νικολάου Ε. Αλεξάνδρου, Αναστάσιου Βάρβογλη, Φαίδωνα Χατζημηχαλάκη, «Εργαστηριακός Οδηγός», Εκδόσεις Ζήτη, Θεσσαλονίκη 1986 Νικολάου Ε. Αλεξάνδρου, Αναστάσιου Βάρβογλη, Δημητρίου Ν. Νικολαΐδη: «Χημεία Ετεροκυκλικών Ενώσεων», Εκδόσεις Ζήτη, Θεσσαλονίκη 1985 Διαδικτυακοί τόποι που αναφέρονται στις «Αναφορές και παρατηρήσεις».