Σιλιράνιο

«Μητρικό» και «θυγατρικά» σιλιράνια

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-).

Σιλιράνια και κυκλοπροπάνια

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.

Ονοματολογία

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)-».

Χημική συμπεριφορά και παράγωγα

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.

Καταλυτική υδρογόνωση

Με καταλυτική υδρογόνωση σε σιλιράνιο παράγεται αιθυλοσιλάνιο:

Υδραλογόνωση

Με επίδραση υδραλογόνου (ΗΧ) σε σιλιράνιο παράγεται αιθυλαλοσιλάνιο:

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:

Si-αλκυλοσιλιράνιο

Με επίδραση οργανομεταλλικών ενώσεων (π.χ RNa) σε σιλιράνιο παράγεται το αντίστοιχο υδρίδιο (π.χ. NaH) και Si-αλκυλοσιλιράνιο: