Μεθυλοσιλάνιο

Το μεθυλοσιλάνιο (αγγλικά methylsilane) είναι οργανική χημική ένωση, με μοριακό τύπο CH6Si, αν και συνήθως παριστάνεται από τον ημισυντακτικό του τύπο, H3SiCH3, ή ακόμη και συντομογραφικά  H3SiMe. Είναι το απλούστερο οργανικό σιλάνιο. Πιο συγκεκριμένα, ανήκει στην ομόλογη σειρά των αλκυλο(μονο)σιλανίων, που έχουν γενικό τύπο CvH2v+4Si. Το χημικά καθαρό μεθυλοσιλάνιο, στις «κανονικές συνθήκες περιβάλλοντος», δηλαδή σε θερμοκρασία 25°C και υπό πίεση 1 atm, είναι εύφλεκτο, άχρωμο και με ήπια δυσάρεστη οσμή αέριο, που μπορεί να υγροποιηθεί και με συμπίεση (στην κανονική θερμοκρασία, όπως και το υγραέριο), εφόσον έχει κρίσιμη θερμοκρασία 79,3°C (>25°C).

Ονοματολογία 

 Η ονομασία μεθυλοσιλάνιο προκύπτει αν η ένωση θεωρηθεί υποκατεστημένο σιλάνιο (SiH4), δηλαδή σιλάνιο, ένα άτομο υδρογόνου του οποίου, έχει αντικατασταθεί από μεθύλιο (-CH3).
 Η ονομασία σιλυλομεθάνιο προκύπτει αν η ένωση θεωρηθεί υποκατεστημένο μεθάνιο (CH4), δηλαδή μεθάνιο, ένα άτομο υδρογόνου του οποίου, έχει αντικατασταθεί από σιλύλιο (-SiH3).
 Τέλος, η ονομασία σιλαιθάνιο προκύπτει από την «ονοματολογία αντικαταστάσεως», δηλαδή η ένωση θεωρηθεί υποκατεστημένο αιθάνιο (CH3CH3), δηλαδή αιθάνιο στο οποίο έχει αντικατασταθεί ένα άτομο άνθρακα (C) από ένα άτομο πυρίτιου (Si).

Δομή 

Η μοριακή δομή του μεθυλοσιλανίου ομοιάζει γεωμετρικά με αυτήν του αιθανίου. Ωστόσο, οι δεσμοί C-Si και Si-Η είναι πολωμένοι κατά την έννοια Cδ--Siδ+ και Siδ+-Hδ-, αντίστοιχα, γιατί το πυρίτιο έχει μικρότερη ηλεκτραρνητικότητα (1,90 κατά Paouling) και από τον άνθρακα (2,55 κατά Paouling) αλλά και από το υδρογόνο (2,20 κατά Paouling).

Παραγωγή

Με οργανομεταλλικές ενώσεις 

1. Με επίδραση μεθυλομαγνησιοϊωδίδιου (CH3MgI) σε χλωροσιλάνιο (SiH3Cl) παράγεται μεθυλοσιλάνιο:

2. Με επίδραση μεθυλολιθίου (CH3Li) σε χλωροσιλάνιο (SiH3Cl) παράγεται μεθυλοσιλάνιο:
3. Με επίδραση χλωροσιλανίου (SiH3Cl) σε διμεθυλοψευδάργυρο [Zn(CH3)2], παράγεται μεθυλοσιλάνιο:

Με αναγωγή μεθυλοτριχλωροσιλανίου 
Με αναγωγή μεθυλοτριχλωροσιλανίου (CH3SiCl3) από λιθιοαργιλιοϋδριδίο (LiAlH4), παράγεται μεθυλοσιλάνιο:

Με δυσαναλογοποίηση διαιθοξυμεθυλοσιλανίου 
Με αντίδραση δυσαναλογοποίησης διαιθοξυμεθυλοσιλανίου CH3SiH(OCH2CH3)2, παράγεται μεθυλοσιλάνιο:

Με μεθυλένιο 

Με επίδραση μεθυλενίου ([:CH2]) σε σιλάνιο (SiH4) παράγεται μεθυλοσιλάνιο:

Με καταλυτική υδρογόνωση μεθυλενοσιλανίου 

Με καταλυτική υδρογόνωση μεθυλενοσιλάνιου (CH2=SiH2) παράγεται μεθυλοσιλάνιο:

Φυσικοχημικές ιδιότητες 
Το μεθυλοσιλάνιο είναι ένα εξαιρετικά εύφλεκτο (με ελάχιστη θερμοκρασια ανάφλεξης  ≤ -30 ° C) και άχρωμο αέριο με δυσάρεστη οσμή. Είναι βαρύτερο από τον αέρα (με σχετική πυκνότητα 1,606). Σχηματίζει εκρηκτικά μείγματα με τον αέρα, με ελάχιστη περιεκτικότητα ανάφλεξης 1,3% και μέγιστη περιεκτικότητα ανάφλεξης 88,9% κατ' όγκο. Μάλιστα, τα μείγματα αυτά αυτοαναφλέγονται. Θερμοδιασπάται. 

Είναι αδιάλυτο στο νερό, αν και υδρολύεται. Είναι, όμως, ευδιάλυστο στην αιθανόλη (|EtOH|) και στο διαιθυλαιθέρα (|Et2O|).

Χημική συμπεριφορά και παράγωγα 

Το μεθυλοσιλάνιο έχει (σχετικά) ισχυρές αναγωγικές ιδιότητες, καθώς συνδυάζει τη συμπεριφορά καρβιδίου με εκείνη υδριδίου.

Θερμική διάσπαση 
Η θερμική διάσπαση του μεθυλοσιλανίου αξιοποιείται πρακτικά για την παραγωγή στρωμάτων καρβιδίου του πυριτίου (SiC):

Αντίδραση με αλογόνα 
Αντιδρά με αλογόνα, όπως για παράδειγμα το χλώριο (Cl2):

Πυρηνόφιλη υποκατάσταση 

Διάφορα πυρηνόφιλα αντιδραστήρια, διασπούν, ανάλογα με τις συνθήκες, το δεσμό C-Si ή έναν από τους τρεις (3) δεσμούς Si-Η (πιο εύκολα). Ο μηχανισμός που επικρατεί είναι ο SN2, στην περίπτωση της διάσπασης ενός από τους δεσμούς Si-Η σχηματίζεται ενδιάμεσο ασταθές προϊόν γενικού τύπου [CH3SiH3Nu]–, με δομή τριγωνικής διπυραμίδας, αφού το πυρίτιο  μπορεί να αξιοποιεί και τα 3d τροχιακά του, με υβριδισμό 3sp³d. Η γενική μορφή της πυρηνόφιλης υποκατάστασης υδρογόνου σε μεθυλοσιλάνιο είναι η ακόλουθη:  Αντίστοιχα, η γενική μορφή της πυρηνόφιλης υποκατάστασης μεθυλίου σε μεθυλοσιλάνιο, στην οποία επικρατεί ο SN1 μηχανισμός, δηλαδή με ενδιάμεσο σχηματισμό κατιόντος SiH3+ και ανιόντος CH3–, είναι η ακόλουθη:  
 Με ANu συμβολίζεται το πυρηνόφιλο αντιδραστήριο. 
 Ο ρόλος του BF3 είναι να σχηματίζει το ενδιάμεσο σύμπλοκο [ANu-BF3] και να διευκολύνει έτσι την ενεργοποίηση του ANu.

 Παραδείγματα:

Μεθυλοσιλανόλη 

Με επίδραση νερού (H2O) σε μεθυλοσιλάνιο παράγεται υδρογόνο και μεθυλοσιλανόλη ή σιλανόλη και μεθάνιο, αντίστοιχα:
ή
 A = H, Nu = OH.

Αλκοξυμεθυλοσιλάνιο 

1. Με επίδραση αλκοόλης (ROH) σε μεθυλοσιλάνιο παράγεται υδρογόνο και (αλκοξυμεθυλο)σιλάνιο ή αλκοξυσιλάνιο και μεθάνιο, αντίστοιχα:
ή
 A = H, Nu = OR.

2. Με επίδραση αιθέρα (ROR) σε μεθυλοσιλάνιο παράγεται το αντίστοιχο στον αιθέρα αλκάνιο (RH) και (αλκοξυμεθυλο)σιλάνιο (CH3SiH2OR) ή αλκοξυσιλάνιο και αλκάνιο, αντίστοιχα:ή
 A = R, Nu = OR.

Αλκινυλομεθυλοσιλάνιο 

Με επίδραση αλκινίων (RC ≡ CH) σε μεθυλοσιλάνιο παράγεται υδρογόνο και (αλκινυλομεθυλο)σιλάνιο (CH3SiH2C ≡ CR) ή αλκινυλοσιλάνιο και μεθάνιο, αντίστοιχα:
ή
 A = H, Nu = RC ≡ C.

Καρβαλκοξυμεθυλοσιλάνιο 

Με επίδραση εστέρα (RCOOR) σε μεθυλοσιλάνιο παράγεται το αντίστοιχο στον εστέρα αλκάνιο (RH) και (καρβαλκοξυμεθυλο)σιλάνιο (CH3SiH2OOCR, εστέρας της μεθυλοσιλανόλης) ή καρβαλκοξυσιλάνιο και αλκάνιο, αντίστοιχα: 
ή
 A = R, Nu = RCOO.

Μεθυλοσιλανονιτρίλιο 

Με επίδραση νιτριλίων (RCN) σε μεθυλοσιλάνιο παράγεται το αντίστοιχο στο νιτρίλιο αλκάνιο (RH) και (κυανομεθυλο)σιλάνιο ή κυανοσιλάνιο και αλκάνιο, αντίστοιχα:
ή
 A = R, Nu = CN.

Αλκυλομεθυλοσιλάνιο 

Με επίδραση οργανομεταλλικών ενώσεων (π.χ RNa) σε μεθυλοσιλάνιο παράγεται το αντίστοιχο υδρίδιο (π.χ. NaH) και (αλκυλομεθυλο)σιλάνιο (CH3SiH2R) ή αλκυλοσιλάνιο και μεθυλονάτριο, αντίστοιχα:
ή
 A = Na, Nu = R.

Αλκυλοθειομεθυλοσιλάνιο 

1. Με επίδραση θειόλης (RSH) σε μεθυλοσιλάνιο παράγεται υδρογόνο και (αλκυλοθειομεθυλο)σιλάνιο (CH3SiH2SR) ή αλκυλοθειοσιλάνιο και μεθάνιο, αντίστοιχα:
ή
 A = H, Nu = SR.

2. Με επίδραση θειαιθέρα (RSR) σε μεθυλοσιλάνιο παράγεται το αντίστοιχο στο θειαιθέρα αλκάνιο (RH) και (αλκυλοθειομεθυλο)σιλάνιο (CH3SiH2SR) ή αλκυλοθειοσιλάνιο και αλκάνιο, αντίστοιχα:
ή
 A = R, Nu = SR.

Αλομεθυλοσιλάνιο 

1. Με επίδραση υδραλογόνου (RX) σε μεθυλοσιλάνιο παράγεται υδρογόνο και αλο(μεθυλο)σιλάνιο (CH3SiH2Χ) ή αλοσιλάνιο και μεθάνιο, αντίστοιχα:
ή
 A = H, Nu = X.

2. Το μεθυλοσιλάνιο μπορεί να ανάγει αλαλκάνια (RX) σε αλκάνια (RH), συμπαράγοντας παράγοντας (αλομεθυλο)σιλάνιο (CH3SiH2Χ) ή αλοσιλάνιο και αλκάνιο, αντίστοιχα: 
ή
 A = R, Nu = X.

Μεθυλοσιλαναμίνες 

1. Με επίδραση αμμωνίας (NH3) σε μεθυλοσιλάνιο παράγεται υδρογόνο και μεθυλοσιλαναμίνη ή σιλαναμίνη και σιλάνιο, αντίστοιχα:
ή
 A = H, Nu = NH2.

2. Με επίδραση πρωτοταγούς αμίνης (RNH2) σε μεθυλοσιλάνιο παράγεται υδρογόνο και αλκυλο(μεθυλοσιλυλ)αμίνη ή αλκυλοσιλυλαμίνη και μεθάνιο, αντίστοιχα:
ή
 A = Η, Nu = RNH.

3. Με επίδραση δευτεροταγούς αμίνης (R2NH) σε μεθυλοσιλάνιο παράγεται υδρογόνο και διαλκυλο(μεθυλοσιλυλ)αμίνη, ή διαλκυλοσιλυλαμίνη και μεθάνιο, αντίστοιχα:
ή
 A = Η, Nu = R2N.
 Όπου τα δυο (2) αλκύλια R, όχι απαραίτητα ίδια.

Προσθήκη 

 Η προσθήκη μεθυλοσιλανίου γίνεται κατά την έννοια CH3SiH2δ+-Hδ- ή CH3δ-SiH3δ+ , ανάλογα με τις συνθήκες:

1. Προσθήκη σε διπλούς δεσμούς. Π.χ. με αιθένιο δίνει αιθυλομεθυλοσιλάνιο ή προπυλοσιλάνιο, αντίστοιχα, ανάλογα με τις συνθήκες αντίδρασης:
ή

 

2. Προσθήκη σε τριπλούς δεσμούς.. Π.χ. με αιθίνιο δίνει βινυλομεθυλοσιλάνιο ή 1-προπενυλοσιλάνιο, αντίστοιχα, ανάλογα με τις συνθήκες αντίδρασης:
ή

 

3. Προσθήκη σε συζυγείς διπλούς δεσμούς. Π.χ. με 1,3-βουταδιένιο με 1,4-προσθήκη δίνει (2-βουτενυλο)μεθυλοσιλάνιο ή 2-πεντυλοσιλάνιο, αντίστοιχα, ανάλογα με τις συνθήκες αντίδρασης: 
ή

 

 Είναι επίσης δυνατές η 1,2- και η 3,4-προσθήκη, επίσης ανάλογα με τις συνθήκες αντίδρασης.

4. Προσθήκη σε ενώσεις με τριμελείς ή τετραμελείς ισοκυκλικούς δακτυλίους. Π.χ. με κυκλοπροπάνιο δίνει μεθυλοπροπυλοσιλάνιο ή βουτυλοσιλάνιο, αντίστοιχα, ανάλογα με τις συνθήκες αντίδρασης: 
 

ή

 

5. Προσθήκη σε ενώσεις με τριμελείς ή τετραμελείς ετεροκυκλικούς δακτυλίους. Π.χ. με εποξυαιθάνιο δίνει αιθοξυμεθυλοσιλάνιο ή προποξυσιλάνιο, αντίστοιχα, ανάλογα με τις συνθήκες αντίδρασης: :
 

ή

Παρεμβολή μεθυλενίου 

Με επίδραση μεθυλενίου ([:CH2]) σε μεθυλοσιλάνιο παράγονται σχεδόν ισομοριακές ποσότητες αιθυλοσιλάνιου (CH3CH2SiH3) και διμεθυλοσιλάνιου (CH3SiH2CH3):

Εφαρμογές 

Στη βιομηχανία ηλεκτρονικών, το μεθυλοσιλάνιο χρησιμοποιήθηκε στην απομάκρυνση των ανεπιθύμητων προσμείξεων γερμανίου, από στρώματα καρβιδίου του πυριτίου (SiC), με χημική επιταξία φάσης ατμών.

Χρησιμοποιήθηκε επίσης ως πρόδρομη ύλη για την απόθεση στρωμάτων καρβιδίου του πυριτίου, για την κατασκευή σύνθετων υλικών, όπως και στη διεργασία παραγωγής φωτοανθεκτικών και άλλων ημιαγωγικών υλικών.

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
  Δικτυακός τόπος Air liquid 
 Химическая энциклопедия / Редкол.: Кнунянц И.Л. и др.. — М.: Советская энциклопедия, 1990. — Т. 2. — 671 с. — ISBN 5-82270-035-5.

Παρατηρήσεις, υποσημειώσεις και αναφορές 

Σιλυλαλκάνια
C1