Ortosilicati organici: reazioni, proprietà
Gli ortosilicati organici sono composti in cui il silicio è legato a quattro gruppi -OR e hanno formula generale Si(OR)4
Gli alogenuri del silicio reagiscono con gli alcoli per dare alcossi-derivati che sono liquidi incolori e dal piacevole odore.
Reazione
Ad esempio il tetracloruro di silicio o tetraclorosilano reagisce con l’etanolo secondo la reazione:
SiCl4 + 4 CH3CH2OH → Si(OCH2CH3)4 + 4 HCl (1
per dare l’ortosilicato tetraetile, molecola costituita da quattro gruppi etilici legati allo ione SiO44- chiamato ortosilicato.
Tale molecola è un ortosilicato organico e può essere considerata come estere etilico dell’acido ortosilicico Si(OH)4 . Oltre all’ ortosilicato tetraetile altri ortosilicato organici di una certa importanza sono l’ortosilicato tetrametile Si(OCH3)4 e l’ortosilicato tetrafetile Si(OC6H5)4
La reazione di sintesi degli ortosilicati organici dà, come prodotti di reazione, anche gli alcossi- clorosilani se viene usato come solvente il benzene e esteri condensati del tipo (RO)3Si-O-Si(OR)3 se viene usato come solvente l’acqua.
Tali alcossisilani, aventi alta temperatura di ebollizione, sono probabilmente formati dall’idrolisi parziale dell’estere seguita dalla condensazione intermolecolare dei siliconi.
Quando l’idrolisi graduale viene protratta si ottengono gli esteri condensati aventi un peso molecolare molto maggiore che danno veicolanti per vernici viscosi e trasparenti.
Proprietà degli ortosilicati organici
Gli ortosilicati organici hanno la caratteristica di idrolizzare lentamente in una reazione graduale e controllabile. Ad esempio in acqua l’ortosilicato tetraetile, essendo immiscibile con essa dà luogo ad un’idrolisi interfacciale che può durare molti giorni o mesi mentre se l’estere e l’acqua vengono preventivamente miscelati con alcol la reazione avviene. Per accelerare la reazione si può aggiungere una goccia di acido forte: l’acido, infatti, a contatto con la soluzione la riscalda e la silice precipita sotto forma di solido o di gel.
Se l’acqua aggiunta nell’idrolisi dell’ortosilicato tetraetile è inferiore ad un equivalente si forma un liquido viscoso non volatile che può essere conservato per lunghi periodi.
L’ulteriore aggiunta di acqua, come avviene nella miscelazione di una vernice contenente ortosilicati, fa avvenire la reazione di idrolisi con formazione di una sospensione colloidale che evolve verso un gel fino a ritornare alla silice.
Esteri
Gli altri esteri siliconici hanno una velocità di idrolisi diversa rispetto all’ortosilicato tetraetile ma tutti, in presenza di catalizzatore, danno come prodotto finale la silice secondo la reazione:
Si(OR)4 + 2 H2O → SiO2 + 4 ROH (2
Poiché, oltre alla silice l’altro prodotto di reazione è un alcol che è consumato nella reazione (1, si può considerare, sommando membro a membro le due reazioni che la reazione complessiva consista nell’idrolisi diretta di alogenuro di silicio in cui gli esteri si possono considerare come intermedi che consentono di controllare e orientare il processo di idrolisi.
L’importanza degli esteri è dovuta alla loro capacità di depositare la silice nella forma desiderata e a velocità controllata.
Gli esteri, come l’ortosilicato tetraetile sono utilizzati nelle vernici organiche in quanto, dopo l’essiccazione, formano una pellicola più dura e resistente.
Oltre all’idrolisi gli esteri silicici danno molte reazioni; ad esempio il gruppo alcossi reagisce con i reattivi di Grignard secondo le reazioni:
Si(OR)4 + R’MgX → R’Si(OR)3 + Mg(OR)X
R’Si(OR)3 + R’MgX → R2’Si(OR)2 + Mg(OR)X
R2’Si(OR)2 + R’MgX → R3’Si(OR) + Mg(OR)X
R3’Si(OR) + R’MgX → R4’Si + Mg(OR)X
L’ortosilicato tetraetile è inoltre utilizzato come agente reticolante nei polimeri siliconici e come precursore di SiO2 nell’industria dei semiconduttori.
L’ortosilicato tetrametile è usato nell’ambito delle sintesi organiche per convertire chetoni e aldeidi nei corrispondenti chetali e acetali.
