Organopiiyhdisteet

Organopiiyhdisteet ovat orgaanisia yhdisteitä, joiden rakenne sisältää hiilen ja piin välisen kovalenttisen sidoksen. Organopiiyhdisteillä on useita käyttökohteita teollisuudessa ja orgaanisissa synteeseissä, esimerkiksi silikonit ovat organopiiyhdisteitä. Eri organopiiyhdisteitä on syntetisoitu yli 100 000.

Organopiiyhdisteiden historiaa

Ensimmäisen kerran organopiiyhdisteitä syntetisoitiin vuonna 1863, kun Charles Friedel ja James Crafts valmistivat tetraetyylisilaania piitetrakloridista ja dietyylisinkistä. Organopiiyhdisteihin kuohdistuva kiinnostus oli pitkään tämän jälkeen akateemista ja synteesit suoritettiin laboratorioimttakaavassa, kunnes 1930-luvun loppupuolella organopiiyhdisteistä ruvettiin kehittämään sähköneristeitä. Organopiiyhdisteiden valmistuksessa suuri askel tapahtui 1940-luvulla, kun halogeenisilaanien valmistamiseen kehitettiin niin kutsuttu suora eli Müller-Rochow-prosessi, jossa alkyylihalidit reagoivat piin kanssa. Toinen merkittävä askel organopiiyhdisteiden valmistukseen oli vuonna 1947 kehitetty hydrosilylaatioreaktio, jolla organopiiyhdisteitä voidaan valmistaa alkeeneista.

Silaanit

Orgaanisia silaaneja voidaan pitää silaanin (SiH₄) johdannaisina, joiden rakenteessa yksi tai useampi vetyatomeista on korvautunut alkyyli- tai aryyliryhmällä. Tetrasubstituoituneet silaanit ovat hyvin stabiileja ja inerttejä, eivätkä reagoi helposti. Tämä johtuu siitä, että hiilen ja piin välinen kovalenttinen sidos on hyvin vahva. Vähemmän orgaanisilla ryhmillä substituoidut silaanit ovat taipuvaisempia hapettumaan ilman hapen vaikutuksesta. Silaanit voivat polymeroitua yhdisteiksi, joissa on piiatomien välisiä sidoksia.

Halogeenisilaanit

Halogeenisilaanit ovat organopiiyhdisteitä, joiden yleinen rakenne voidaan esittää kaavalla R₄₋ₙSiXₙ, missä X on jokin halogeeni, tyypillisimmin kloori. Halogeenisilaanit hydrolysoituvat helposti silanoleiksi ja edelleen siloksaaneiksi ja näiden yhdisteiden valmistus on niiden tärkein käyttökohde.

Silanolit ja siloksaanit

Silanolit ovat alkoholien piianalogeja ja sisältävät funktionaalisen ryhmän R₃SiOH. Ne ovat suhteellisen reaktiivisia ja polymeroituvat helposti joko suoraketjuisiksi tai rengasrakenteisiksi siloksaaneisksi, joiden rakenteessa on R₃SiOSiR₃-ryhmä. Silikonit ovat polysiloksaaneja.

Aminosilaanit ja silatsaanit

Kun halogeenisilaani reagoi ammoniakin tai amiinin kanssa korvautuu halogeeniryhmä aminoryhmällä, jolloin muodostuu aminosilaani. Aminosilaanit ovat tyypillisesti kiteisiä kiinteitä ainetita, jotka hydrolysoituvat veden vaikutuksesta. Usein muodostuu yksinkertaisten aminosilaanien sijasta silatsaaneja, joiden rakenne muistuttaa siloksaaneja.

Kaksoissidoksia sisältävät organopiiyhdisteet

Hiilen ja piin välisen kaksoissidoksia sisältäviä organopiiyhdisteitä kutsutaan sileeneiksi tai sila-alkeeneiksi. Yhdisteet hajoavat helposti ilman hapen vaikutuksesta, mutta ovat stabiileja hapettomissa olosuhteissa, erityisesti silloin, kun alkyyli- tai aryyliryhmät ovat hyvin suurikokoisia. Yhdisteet, jotka sisältävät syhmän R₂Si=SiR₂, ovat nimeltään disileenejä. Ne ovat väriltään keltaisia tai oransseja ja stabiileja korkeissakin lämpötiloissa, kunhan alkyyliryhmä on riittävän steerisesti estynyt. Tunnetaan myös eräitä heterosyklisiä organopiiyhdisteitä kuten silabentseeni.