四甲基硅烷的合成及其作用

简介

四甲基硅烷，英文名Tetramethylsilane，简称TMS。作为内标物，常用于核磁共振(NMR)测试中。TMS是一种重要的有机硅材料，在医药、航空航天建筑及机械材料等领域均有广泛的应用。TMS没有分子极性，化学性质稳定，常压沸点较低，仅为 26.5℃[1]。

合成

图1 四甲基硅烷的合成路线[2]。

使用15 g Amberlyst®A-21和三甲基氯硅烷（Me3 SiCl，4.5 g，41 mmol）和二氯甲烷（约25 g，0.5 mol）的溶液，通过回流冷凝器（-70°C）冷凝。电解在室温下进行，二氯甲烷的沸点由电解槽中的回流冷凝器保持。得到产物四甲基硅烷。收率：25%。合成路线如图1所示。

图2 四甲基硅烷的合成路线。

在搅拌下向50mL甲苯中加入3.00g（13.1mmol）[{Mn（CH2SiMe3）2}∞]。向溶液中滴加0.4180 mL（13.1 mmol）肼。观察所得溶液在几秒内变暗。在25°C、50°C和100°C的室温下搅拌溶液24小时。过滤溶液以获得固体。在室温下真空加热固体8小时，在100°C下加热8小时。在150°C的真空下加热新过滤的材料8小时，以获得产品四甲基硅烷。合成路线如图2所示。

图3 四甲基硅烷的合成路线。

在搅拌的同时，将1.95g MnCl2（97%）（1.50mmol）加入到含有3.00g（1.50mol）Mg（CH2SiMe3）2的60mL乙醚溶液中在室温下搅拌3天。真空除去乙醚，得到暗橙色固体。在搅拌下将固体溶解在热甲苯中，获得白色MgCl2沉淀。过滤橙色溶液并储存在冰箱（-31°C）中以获得产品四甲基硅烷。合成路线如图3所示。

用途

TMS最直接的应用方式就是用作1H、13C 及NMR分析中的内标基准试剂。同时，它可以作为聚氨酯或聚烯烃泡沫塑料的发泡剂。超高纯 度（质量分数99.99％）的TMS在电子工业中可用作化学气相沉积（CVD）或等离子体增强化学气相沉积的前驱体，用于制备高质量的碳化硅薄膜[1]。

参考文献

[1] 贺玉刚,万烨,常欣,王芳,袁振军,赵喜哲.高纯四甲基硅烷合成工艺及提纯技术[J].化工新型材料,2021,49(06):262-264.DOI:10.19817/j.cnki.issn1006-3536.2021.06.057.

[2] Liu, Yanjun; et al. Methylation of methyltrichlorosilane with methyl chloride over active metals and activated carbon. Korean Journal of Chemical Engineering (2011), 28(12), 2250-2254.