（应用化学专业论文）三甲基氯硅烷及其下游产物的合成研究.pdf

太原理工大学硕士研究生学位论文 三甲基氯硅烷及其下游产物的合成研究 摘要 本文综述了有机硅保护剂的定义、分类、保护原理及其应用，并 阐述了其良好的发展前景和市场潜力。 本文重点研究了以工业回收的六甲基二硅氧烷为原料，合成三甲 基氯硅烷及其下游产品六甲基二硅氮烷、六甲基二硅脲、七甲基二硅 氮烷，并对各产物进行分析与表征。 ( 1 ) 三甲基氯硅烷的合成与表征 以六甲基二硅氧烷和氯化氢气体为原料，浓硫酸为催化剂合成了 三甲基氯硅烷。考察了反应温度、反应时间、催化剂用量等因素对收 率的影响；通过正交实验对反应条件进行优化，确定了合成三甲基氯 硅烷的较优工艺条件，收率可达9 4 5 。 通过红外光谱和气相色谱对三甲基氯硅烷进行了定性和定量分 析，其纯度可达9 9 9 。 ( 2 ) 三甲基氯硅烷下游产品的合成与表征 a 、六甲基二硅氮烷 以( 1 ) 合成的三甲基氯硅烷和氨气为原料，合成六甲基二硅氮 烷。考察了反应时间、溶剂用量、氢氧化钠浓度及其它因素对收率的 影响，从而确定合成工艺条件；通过高氯酸滴定法测得产品的纯度为 太原理j ：人学硕十研究生学位论文 9 9 。 b 、六甲基二硅脲的合成与表征 以a 合成的六甲基二硅氮烷和尿素为原料合成六甲基二硅脲，考 察溶剂和反应时间对收率的影响，收率可达9 7 。 通过熔点和红外光谱进行定性分析。 c 、七甲基二硅氮烷的合成与表征 以( 1 ) 合成的三甲基氯硅烷为原料，结合文献对七甲基二硅氮 烷的合成进行了初步研究。 采用中和法测其含量可达9 6 。 关键词：保护剂，三甲基氯硅烷，六甲基二硅氮烷，六甲基二硅脲， 七甲基二硅氮烷 太原理工大学硕士研究生学位论文 t h es y n t h e t i cs t u d yo f c h l o r o t r i m e t h y l s i l a n ea n di t sd e r i 、硝t i v e s a b s t r a c t i nt h e p a p e r ，t h ed e f i n i t i o n ，t h ec l a s s i f i c a t i o n ，t h ep r i n c i p l eo f p r o t e c t i o n a n d a p p l i c a t i o n o f o r g a n o s i l y lp r o t e c t i v ea g e n t s w e r e i n t r o d u c e d a n dg o o dp r o s p e c ta n dg r e a tp o t e n t i a l i t i e so f m a r k e tw i l la l s o b ed i s c u s s e d c h l o r o t r i m e t h y l s i l a n ea n di t s d e r i v a t i v e sh e x a m e t h y l d i s i l a z a n e ； ( b i s 一( t r m e t h y l s i l y l ) ) u r e a ；h e p t a m e t h y l d i s i l a z a n ew e r ep r e p a r e df r o m t r i m e t h y l s i l y le t h e r s ；a n dt h e nw e r ea n a l y z e d ( 1 ) s y n t h e s i sa n da n a l y s i so fc h l o r o t r i m e t h y l s i l a n e c h l o r o t r i m e t h y l s i l a n ew a sp r e p a r e d u s i n gt r i m e t h y i s i l y ie t h e r sa n d h y d r o c h l o r i d ea sr a wm a t e r i a l s ，c o n c e n t r a t e ds u l f u r i ca c i da sc a t a l y s t o n t h ei n v e s t i g a t i n gt h ee f f e c t so fr e a c t i o nt e m p e r a t u r e ，r e a c t i o nt i m ea n d d o s a g eo fc a t a l y s to nt h ey i e l d ，t h eo p t i m u mr e a c t i o nc o n d i t i o n sw e r e o b t a i n e d b yu s i n go n h o g o n a le x p e r i m e n t a ld e s i g n t h ey i e l d o f c h l o r o t r i m e t h y l d i l a n ew a st o9 4 5 i i i 太原理1 ：大学硕十彤f 究生学位论文 i n f r a r e ds p e c t r u ma n dg a sc h r o m a t o g r a p h yw e r eu s e di nq u a l i t a t i v e a n dq u a n t i t a t i v ea n a l y s i st oc h l o r o t r i m e t h y l s i i a n e t h ep u r i t yi s9 9 9 ( 2 ) s y n t h e s i sa n da n a l y s i so f t m c s sd e r i v a t i v e s a 、h e x a m e t h y l d i s i l a z a n e h e x a m e t h y l d i s i l a z a n ew a sp r e p a r e d u s i n gc h l o r o t r i m e t h y l d i l a n e f r o m ( 1 ) a n da m m o n i aa sl a wm a t e r i a l s ，c o n c e n t r a t e ds o l v e n ta st h i n n e r o nt h ei n v e s t i g a t i n gt h ee f f e c t so fr e a c t i o nt i m ea n dd o s a g eo fs o l v e n to n t h e p r o d u c ty i e l d ，t h eo p t i m u mr e a c t i o n c o n d i t i o n sw e r eo b t a i n e d t i t r a t i o nw i t hp e r c h l o r i d ea c i dw a su s e di nq u a n t i t a t i v ea n a l y s i st oo b j e c t h a l l m a r k t h ep u r i t yi s9 9 b 、b i s 一( t r i m e t h y l s i l y l ) u r e a b i s 一( t r i m e t h y l s i l y l ) u r e aw a sp r e p a r e d u s i n gh e x a m e t h y l d i s i l a z a n e f r o maa n du r e aa sl a wm a t e r i a l sa n dc o n c e n t r a t i n gs o l v e n t t h ee f f e c t s o fs o l v e n ta n dr e a t i o nt i m eo nt h ey i e l dw e r ei n v e s t i g a t e t h ey i e l do f b i s - ( t r i m e t h y l s i l y l ) u r e aw a s t o9 7 i n f r a r e d s p e c t r u ma n dm e l t i n gp o i n ta n a l y s i s w e r eu s e di n q u a l i t a t i v ea n a l y s i st ob i s 一( t r i m e t h y l s i l y l ) u r e a c 、s y n t h e s i sa n da n a l y s i so fh e p t a m e t h y l d i s i l a z a n e t h e s y n t h e s i s o f h e p t a m e t h y l d i s i l a z a n e w a ss t u d i e dt a k e n c h l o r o t r i m e t h y l s i l a n e w h i c hb e e np r e p a r a e di n ( 1 ) a c i d - b a s ew a su s e dt oo b j e c th e p t a m e t h y l d i s i l a z a n e t h ep u r i t yi s 9 6 i v 太原理工大学硕士研究生学位论文 k e y w o r d s ：p r o t e c t i v ea g e n t ，c h l o r o t r i m e t h y l s i l a n e ， h e x a m e t h y l d i s i l a z a n e ，( b i s 一( t r i m e t h y l s i l y l ) ) u r e a ，h e p t a m e t h y l d i s i l a z a n e v 声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在指导教师的指导下， 独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文 不包含其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究 做出重要贡献的个人和集体。均已在文中以明确方式标明。本声明的 法律责任由本人承担。 论文作者签名：趸塑 e t l t 习： 丝z ：圭：鲨 关于学位论文使用权的说明 本人完全了解太原理工大学有关保管、使用学位论文的规定。其 中包括：学校有权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印 件：学校可以采用影印、缩印或其它复制手段复制并保存学位论文； 学校可允许学位论文被查阅或借阅；学校可以学术交流为目的， 复制赠送和交换学位论文；学校可以公布学位论文的全部或部分内 容( 保密学位论文在解密后遵守此规定) 。 签名： 日期：迦z ：兰：竺： 导师签名： 丝兰三攀蔓一 日期：壶兰。生卫 太原理工大学硕士研究生学位论文 1 1 引言 第一章绪论 近年来，随着有机硅化学的迅速发展，有机硅产品以其优异的性能和多种多 样的形态被广泛应用于国民经济、国防建设中，是现代化建设不可缺少的化工新 材料。一方面，有机硅试剂在定向合成有机化合物时，具有一定的区域专一性和 立体选择性；另一方面有机硅试剂作为某些功能基的保护剂，无论在药物制备 或是反应机理的研究等方面，都占有重要地位。有机硅试剂主要在以下几个方面 得到应用l i 】： ( 1 ) 提高分散性，用于气相色谱法分析低挥发性混合物的组成：例如，分 析低聚糖与甾族化合物的组成。 ( 2 ) 增强在有机溶剂中的可溶性。三甲基硅基纤维素被用来降低某些基团 的极性，如n h 2 、o h 等。 ( 3 ) 对敏感官能团，如o h 、c o o h 等进行暂时性保护，反应完毕后，所 连接的硅基可通过水解反应分解掉。 在有机合成中，常需将羟基或胺基上的活泼氢保护起来，进行其它基团的化 学反应，官能团的保护已成为现代药物合成和制药业改进生产工艺、提高产品质 量的新途径，具有较大的工业化生产价值。有机硅基团保护剂1 2 j 对化合物中其它 基团有活化或阻尼作用，用硅基代替化合物的活泼氢原子后。增加被保护化合物 在非极性溶剂中的溶解性，变化了化合物的挥发性能，同时由于有机硅保护剂还 具有低毒、易反应、易除去等性质i3 1 ，在分析化学、有机合成、药物及天然物质 改性等方面的应用也日益受到重视，特别是近年来迅速发展起来的半合成抗生素 合成中不可缺少的基团保护剂。8 0 年代后硅烷化试剂在头孢菌素合成中发展很 快，过程操作不断简化，收率也有很大提高，其中以在第二代和第三代半合成抗 太原理工大学硕士研究生学位论文 菌素的生产中的应用最为成功。 在所有的有机硅保护剂中以三甲基硅烷型的应用最广】，由于s i c l 键的活 性，易与耱的羧基成苷，与甾类化合物、羧基成硅烷醚，在合成中用作羟基、羰 基、胺基等的保护剂。优点为：稳定和无毒，能以高收率选择性地反应：反应物 与保护剂生成物质必须对所要进行的化学反应保持稳定；保护基能被选择性地高 收率地脱除，去保护过程中的副产物和产物能被分离；保护剂与将保护基脱下所 用的试剂应该容易得到，且其保护和去保护过程大多数都能在较温和的条件下进 行。如在采用化学法合成头孢类抗生素的母核7 氨基头孢烷酸( 7 a c a ) 时，需 要大量的三甲基氯硅烷进行羧基保护，在头孢立新( c e p h a l e x i n u m ) $ 1 j 备过程中， b s u 羧基反应形成硅酯，从而保护了反应过程中的羧基，同时又能在比较缓和的 条件下水解a 但脱保护后产生相当量的六甲基二硅氧烷( i r i m e t h y l s i l y le t h e r s ，简 称h t d o ) ，因此，如何将三甲基硅烷型保护剂脱保护后生成的h m d o 进行，是 本论文要解决的问题之一。 1 2 有机硅保护剂 有机硅保护剂是有机合成中用于保护各种有机官能团的一类硅烷化试剂【6 j - 在有机合成中，如果分子中有几个部位或官能团可能发生反应，而又只希望在某 一部位或官能团上发生反应，且又找不到选择性的反应条件或试剂，此时可将不 希望发生反应的部位保护起来，等达到目的之后再恢复原来的官能团，这样的办 法称为“保护基团”法。在保护基团过程中，用来暂时对特定部位进行保护的物 质就称为保护剂( , p r o t e c t i v ea g e n t ) 。理想的保护基应当具备几个条件7 卅： ( 1 ) 所使用的试剂容易得到，稳定和没有毒性，在经济上还需相对便宜，这 点在工业上尤为重要； ( 2 ) 必须是高选择性、高收率地进行保护反应，也必须在其后的去除保护基 中高选择性、高收率地被脱除； ( 3 ) 试剂本身没有手性中心，形成保护基的过程也不产生手性中心，对化合 物的结构论证不复杂； ( 4 ) 保护后的化合物要在其后的化学反应中保持稳定； ( 5 ) 保护后的衍生物及后来脱除保护基后的化合物都应用易于分离，纯化各 2 太原理工大学硕士研究生学位论文 种层析技术要稳定。 有机硅保护剂一般比较容易得到，其保护反应往往可以在比较温和的条件下 进行。有机硅保护剂在完成保护任务后的去除也比较容易，而且往往还可以选择 性的去除。 硅烷化合物最初是用硅烷基取代天然化合物中的活性氢原子训。用于分析领 域某些醇、酚、羧酸、氨基酸、糖类及胺的。甲硅烷基衍生物可溶于非极性溶剂， 降低沸点，可通过其滞留时间，用气相色谱法进行分析。 后来人们发现甲硅烷基取代有机物中的活性氢原子，可获得更具有化学稳定 性的中间产物，而且这些中间产物的其他基团可以进一步进行各种反应。当反应 结束后，通过催化水解又可在不损失分子其余部分的情况下脱去甲硅烷基，使原 先被保护的基团再生。 向有机物或无机物引入甲硅烷基的反应称为甲硅烷基化反应，参与反应的有 机硅化合物统称为甲硅烷基化试剂，几种常用的硅烷化试剂见下表【1 1 1 1 所示： 表1 - l 常用的硅烷化试卉l t a b l ei - it h es i l y l a t i n ga g e n ti nc o m m o n 嘲 硅烷化试剂特点 二甲基二氯硅烷 翻i m e t h y l d i c h l o r o s i l a n e 简称d m c s ) 三甲基氯硅烷 ( c h l o r o t r i m e t h y l s i l a n e 简称t m c s ) 六甲基二硅氮烷 ( h e x a m e t h y - i d l s i l a z a n e 简称h m d s ) n - 三甲基硅基乙酰胺 ( n - t r i m e t h y l s i l y l a c e l y l a m i n e ) n ，n - 双三甲基硅脲 ( b i s - ( t r i m e t h y l s i l y l ) u r e a 简称b s u ) t - 丁基二甲基氯硅烷 ( t - b u t y id i m e t h y l c h l o r o s i l a n e ) 廉价的硅烷产品，缺点是反应产物二 羟基封端硅烷易形成乳液，难以进行 相分离 应用广泛的硅烷产品，能形成明确的硅 烷化产物易水解分离 硅烷化过程只产生氨，不形成其它副 产物 与六甲基二硅氮烷相比，能够在较低温 度发生硅烷化反应；选择佳高 能在较低温度下发生硅烷化反应，选 择性高：但需要较高的能量 形成硅醚，相对于其它硅烷化试剂水 解较稳定 其中1 m c s 及h m d s ，易与带活泼氢的化合物反应，引入甲硅烷基l g - 1 0 l ，即： - o h + ( c 8 3 ) 3 s i c l + 一o s i ( c h 3 ) + h c i 3 太原理工大学硕士研究生学位论文 2 - o h + ( c h 3 ) 3 s i n h s i ( c h 3 ) 3 - + 2 一o s i ( c h 3 ) + n h 3 ，” 、l ， 用t m c s 进行甲硅烷基化反应时，要在毗啶或三乙胺等酸吸收剂存在下进 行。而用h m d s 时可直接进行，也可以在酸催化剂存在下进行反应。将t m c s 与 h m d s 以1 ：1 的摩尔比混合进行甲硅烷基化反应时，可得到良好的结果，而且甲 硅烷基化衍生物在酸催化剂或胺催化剂存在下，加水或醇类，即可容易地脱去甲 硅烷基，所生成的硅氧烷或烷氧基硅烷易于分离。硅脲可使甲硅烷基化衍生物的 收率超过9 0 ，而其它甲硅烷基化试剂没有如此效果。 1 2 1 有机硅保护剂的分类 一般将有机硅保护剂分为：三甲基硅型、单官能位阻型、双官能位阻型和特 种型四大类j 。其中三甲基硅型按照其副产物的性质三甲基硅型又可分为酸性、 碱性和中性三类。在所有的有机硅保护剂中，以三甲基硅型的应用最广，已成为 当前有机合成中最常用的保护基团之一【l2 1 。有机硅保护剂的各类代表化合物中， 三甲基硅烷基型的有三甲基氯( 溴) 硅烷、三甲基甲磺酸酯、双( 三甲硅基) 硫酸酯、 三甲硅基三氟甲磺酸酯、三甲硅基腈( 酸性副产物) ，三甲基- n ，n 二甲基氨基硅烷、 三甲基n n - 二乙基硅烷、六甲基二硅氮烷、n 一三甲硅基昧唑、n ，o 双( 三甲硅基) 氨基甲酸酯、o - ( 三甲硅基) 氨基甲酸酯( 碱性副产物) ，n ，o - 双( 三甲硅基) 乙酰胺， n ，o 双( 三甲硅基) - - 氟乙酰胺、n 三甲硅基乙酰胺，双( 三甲硅基) 脲、三甲硅基 - n ，n 二苯基脲( 中性副产物) ；位阻型的有异丙基二甲基氯硅烷、三乙基氯硅烷、 三异丙基氯硅烷、叔丁基二甲基氯硅烷、苯基二甲基氯硅烷、叔丁基二苯基氯硅 烷、叔丁基二甲基咪唑基硅烷( 单官能位阻型) ，二甲基二乙氧基硅烷、二甲基二 乙酰氧基硅烷、二甲基二氯硅烷、1 ，2 - 双( n ，n 二甲氯硅基) 乙烷、1 2 双( n n 二 甲氨基二甲硅基) 乙烷( 双官能位阻型) ；其它类型的有2 - 三甲硅基乙醇、2 三甲硅 基乙氧基甲基氯化物、2 ( 二苯基甲硅基) 乙醇等。 一氯硅烷类，尤其是三甲基氯硅烷、或由三甲基氯硅烷制成的六甲基二硅氮 烷、六甲基二硅脲、双( 三甲硅烷基) 乙酰胺等甲硅烷基化试剂，无论在有机化 学方面或在生物化学方面都很重要l l ”。 4 太原理工大学硕士研究生学位论文 1 2 2 有机硅保护剂的保护原理 利用硅烷基取代有机化合物官能团( 如羟基、羰基、羧基、氨基等) 中的活泼 氢，以衍生成新的化合物6 1 。获得高化学稳定性的中间物，且不影响其它基团的 反应性。反应结束后，通过催化水解或醇解，同样可以不影响分子中的其余部分 而脱去硅烷基，恢复被保护的活泼氢。有机硅保护剂的保护和去保护原理可用反 应式如下： r r 2 s + r f y h r t r 2 s r c r + 畎0 - 3 ) r f r 2 s 删+ h 2 0 叶r i f y h + ( r r 2 s 现o ( 1 - 4 ) 其中r 为烷基；r 2 为烷基、环烷基、芳烷基、卤素、烷氧基、酰氧基等；r 为有机基团；x 为可水解基团( 如卤素、烷氧基、酰氧基、含氮、硫基团等) ；y 为o 、n 、s 、c o o 等。 1 2 3 在有机合成中的应用 从被保护的官能团来看，有机硅保护剂在有机合成中可以用于不饱和键、羟 基、羰基、羧基、氨基及含有硫、磷等官能团的保护。 ( 1 )保护不饱和键 有机硅保护剂可以用于不饱和键特别是末端炔烃的保护。例如在由对位溴代 苯乙炔与镁反应1 1 4 1 时，所得格氏试剂会自然重排成苯乙炔镁溴，其中芳环功能基 ( 对位的溴) 消失，反应活性部位就转移到炔的末端位置上。若先将苯乙炔镁溴与 一个卤代三烷基硅烷偶合，在下一步形成格氏试剂时炔硅键将不受影响，但最后 可用稀碱处理脱去。 p b r c 6 h 4 c 三c h 兰p b r m g c d 4 4 c 兰c h + c 6 h 5 c 三c m 田r 型骘p - b 疋6 h 4 c 兰c 咿r ( 1 5 ) ( 2 ) 保护羟基 当对某些含羟基化合物进行氧化、酰化，用卤化磷或卤化氢进行卤化，或者 对其作脱水反应时，均必须对羟基进行保护。为了保护羟基，一般可将其制成醚、 5 太原理工大学硕士研究生学位论文 醛缩醇或酮缩醇，也可以将其转化为酯。由于硅醚容易生成并且可以选择性地除 去，故在有机合成中它已成为最常用的羟基保护方法之一。例如，在糖化学中利 用形成三烷基硅醚来保护糖羟基，它的引入很容易，一般用三烷基氯硅烷在碱性 条件下和糖作用1 1 5 】，且硅基的脱掉很容易，用稀酸处理即可。 b r l o ( 1 6 ) 除一般的醇类( 包括伯、仲和叔醇) 和酚类外，有机硅保护剂还可用于1 ，2 和 l ，3 - 二醇或伯位二醇的保护。其方法一般是使有机硅保护剂与二醇生成硅烯衍生 物或l ，l ，3 ，3 四异丙基硅氧烷又类化合物。 ( 3 ) 保护羰基 在有机合成中，羰基( 如醛和酮) 有时必须加以保护，以对抗各种试剂的进攻， 诸如包括有机金属试剂在内的强的或中等强度的亲核试剂，酸性或碱性试剂、催 化试剂、氢化物还原剂和某些氧化剂等等。目前，已有较多的将有机硅保护剂用 于此类反应的报道。如靳立人【j 6 1 等以四乙酰核糖和胸腺嘧啶为原料，经中间体 5 一甲基尿苷合成抗艾滋病药物司他夫定就用六甲基二硅氮烷来保护羰基。 o ( c h 3 ) 3 s ( 1 - 7 ) ( 4 ) 保护羧基 羧基存在于许多具有生物活性和合成价值的化合物中，如氨基酸、青霉素、 大环内酯抗菌素的前体等。就其结构和性质而言，羧基没有氨基、醛基那么活泼， 但在合成中也经常需要保护，以便分子其它部位进行特定反应。保护羧基的方法 主要是酯化法即一般生成烷基酯加以保护。在某些情况下，也可以用形成酰胺或 6 太原理f 大学硕士研究生学位论文 酰肼等方法来进行保护。但是对于一些反应物中含有对水敏感的基团时，其羧基 的保护则要形成硅烷基酯。硅烷基酯在非水条件下稳定，通过酸性或碱性水解反 应进行裂解可以将保护基去除。例如，在由青霉素v ( 或青霉素g ) 化学法去酰基生 成6 氢基青霉烷酸( 6 - a p a ) 过程中，可用三甲基氯硅烷对羧基进行保护。 n 膨s 轴郴- 耐n ( c 2 h 3 ) 3 c o o h c 屿 c 屿 c o o s o 3 ) 3 ( 1 - 8 ) 又如在对各种头孢菌素的半合成过程中，以7 一氨基头孢烷酸( 7 一a c a ) 为起始 物对其3 位进行改造以合成各种有用的头孢中间体时，为避免7 - a c a 分子间的 反应，需对分子中的羧基或氨基加以保护，此时用烷化化试荆六甲基二硅氮烷对 其进行保护即可。 h m d s 厂t 1 “c s o 舢而面巧币i r o a c ( i 9 ) ( 5 )保护氨基 尽管s i - n 键对于水极为敏感，但是在反应中需使用不能接触水的试剂时， 仍可使用三甲基硅基来保护氨基。例如上述头孢菌素的半合成反应中，有机硅保 护剂在保护羧基的同时也保护了氨基。李增春1 1 7 1 等在合成某氨基酸时，应用三氟 甲基磺酸三甲基硅烷酯( c f 3 s 0 3 s i ( c h 3 ) 3 ) 姜：j 试剂保护氨基，该反应进行迅速完全， 转化率高。 ，少吖洲、c f 3 s o 面2 s i ( c - h 3 ) 3 f ，少v y s ( c h 3 ) 3 s i o s i c h 3 ) 3 ( 1 - 1 0 ) 总之，有机硅保护剂目前已被广泛应用于各类有机化合物的合成中，特别是 7 太原理工大学硕士研究生学位论文 在一些具与生命现象相关的一些物质如在糖类、甾体、核苷、氨基酸、大环内酯 抗菌素前体等的合成中。 1 3 三甲基氯硅烷 1 3 。i 性质 三甲基氯硅烷【i 射( c h l o r o t r i m c t h y l s i l a n e ，以下简称t m c s ) 又名氯代三甲基 硅烷。是无色、易挥发、易燃的液体，溶于苯、乙醚、和全氯乙烯中，遇水即水 解，释出游离盐酸，是在有机分子中引入三甲基硅基的优良试剂。 t m c s 兼备了无机与有机材料的性能，具有耐高、低温、电气绝缘、耐臭氧、 耐辐射、难燃、憎水、耐腐蚀、无毒、无味及生理惰性等优特征，广泛用于电子、 电气、建筑、化工、纺织、轻工、医疗等行业。它可用作生产有机硅聚合物和有 机合成反应中的中间体i 悖l ，还可用作高分子化合物封头剂、干燥剂、脱水剂、高 温胶粘剂及树脂的原料。医药生产中常用于头孢素菌i 、头孢素菌v 的合成f 2 0 1 。 t m c s 属于硅卤键化合物，由于硅卤键的特殊活泼性，以t m c s 为原料可 以合成一系列含有硅官能团的有机硅化物t m c s 可参与的主要化学反应见图 2 1 1 2 所示： 8 太原理工大学硕士研究生学位论文 r 1 c h c h o r 2 r c o o h r r 1 c h 2 c ： r c h - c h 2 一 0 r 2 r 1 c - - - - - o r i c o o r 2 n a r l ，h 一c j i o s i ( c h 3 ) 3 r c o o s i ( c h 3 ) 3 o r 2 l r l c h 2 c - - o s i ( c h 3 ) 3 r c h c h 2 c l 0 s j ( c h 3 ) 3 鲨 r 广旨- 0 8 c h 3 ) 3 图卜2t m c s 参与的主要反应 f i g 1 2 t h em a i n r e a c t i o no ft m c s 其中硅碳键的形成一般可用有机锂试剂或有机镁试剂与t m c s 进行反应。 ( c h 3 ) 3 s i c i + e t m g a r s i e t m g 2 ( c h 3 ) 3 s i c l + h 2 0 + ( c h 3 ) 3 s i o s j ( c h 3 ) 3 + 2h c i 硅氧键的形成一般可用醛或酮在三乙胺催化下与t m c s 反应。 ( 1 1 1 ) ( 1 1 2 ) r 1 c h c h 。+ 代h ，) 3 s i c l e t 3 n r 1 c ：c 。s c h ，) 3 彰 ( i 1 3 ) ，e t b nh o s i ( c h 3 ) 3 r l c 嘟。+ “3 脚1 r 1 0 6 ( 1 1 4 ) 9 太原理工大学硕士研究生学位论文 1 3 2 应用 1 3 2 1 在色谱上的应用 由于t m c s 可以提高某些生化样品的分散性，因而可以有助于分析低挥发 物混合物的组成，如分析低聚糖与甾族化合物的组成；用t m c s 衍生化环烷羧 酸来帮助气相色谱法测定水中的环烷羧酸【2 “，而水中的环烷羧酸的测定对于有效 地对水源中的环烷羧酸进行监控，保证饮水水质，有重要意义；a m e n d o l a 2 2 1 等 用微波协助的g c m s 法测定了人体中尿液组成，并用两种不同的衍生混合物把 尿液衍生化，其中用到了1 m c s 。 1 3 2 2 在有机合成中的应用 在许多有机反应中t m c s 作为反应活化剂，从而使反应变得简单、快速或 是更容易进行。并且反应可以得到令人满意的收率。其中一些反应还表现出一定 的区域、立体选择性。尤其是t m c s 应用在一些有不饱和基团参与的反应中， 可以收到很好的效果，往往能使反应在收率、速度、反应条件上得到改善。此外， t m c s 与碘化钠、氧化物等组成的试剂系在有机合成中的应用也引起了有机合成 工作者的高度重视i 】3 】。 ( 1 ) 提高反应的收率和立体选择性 亚芳基丙二腈的成环二聚化反应可以在t m c s 和锌粉存在下由钒化物催化 进行”l 。对于苯亚甲基丙二腈进行此反应的实验表明，不加t m c s 反应也可以 进行，但产物收率很低，t m c s 的加入有效地提高了反应的收率，而且反应具有 很好的立体选择性。 c n p h c h = c 、c n c a t c p 2v c l 2t m s i c iz n d m fa r ( 1 1 5 ) ( 2 ) 促进腈类化合物转化为相应的酰胺或酯 在t m c s 存在下，腈类化合物同水或醇反应可以转化为相应的酰胺2 4 】或酯 1 0 永 一 n 咻 c 太原理工大学硕士研究生学位论文 1 2 5 j 。反应先是t m c s 和水或者醇反应生成氯化氢和六甲基二硅醚，后者再和腈 在水或醇中反应得到对应的酰胺或酯，反应条件温和。且具有较高的收率。在此 反应中，使用有机溶剂如t h f 和c h 2 c 1 2 会得到很低的收率，三种组分的添加次 序并不影响反应的收率。 p h c h 2 c n + ( c h 3 ) 3 s i c l + h 2 0 r c o n h 2 h c i + ( ( c h 3 h s i ) 2 0 ( 1 - 1 6 ) p h c h 2 c n + ( c h 3 ) 3 s i c l + 2 r o h r c o o r + n i - h c i + ( c h 3 ) 3 s i o r ( 1 - 1 7 ) ( 3 ) 促进二氯代化合物与醛酮反应制备反式烯烃【2 6 j 在金属锌和催化量的t m c s 联合作用下，t m c s 可以促进各种醛、酮与二 氯代化合物反应生成反式为主的烯。例如二氯甲苯和对甲基苯甲醛反应生成4 一 甲基二苯乙烯，反应在没有t m c s 存在下，收率只有7 ，加入t m c s 可以使反 应收率提高，当对甲基苯甲醛- - 氯甲苯z n t m c s 配比为1 0 1 5 4 5 0 1 时，反 应收率为8 2 ，并且反式烯烃和顺式烯烃的比值为8 9 1 1 。反应过程中可能产生 了有机锌化合物中间体，但反应机理的具体细节依然比较模糊，有待进一步的研 究证明。 r i 只, c l r 歹 l ，r 3 o = c i 乙警一k r 3 。， r i - p h ，r 2 - h ，r 3 = h ，r 4 = p - c h 3 c 6 t - 1 4 - ，y = 8 2 ( 4 ) 促进和改善a ，b 不饱和化合物与金属有机试剂的反应1 2 7 1 在t m c s 存在下，口，b 不饱和酮、酯、胺、腈与二烃基铜锂试剂的加成缩 合反应可得到改善并可得到较好的收率。在不使用1 m c s 的时，q1 3 不饱和酯 的反应通常得不到高收率的1 , 4 加成产物，而与胺的反应需要大量过量的金属有 机试剂才可能得到较好的反应结果，与腈的反应只能得到聚合物。当加入1 m c s 时，q ，b 不饱和酯反应的1 , 4 加成产物收率可达到7 5 9 5 ，且没有副反应 发生，而且金属有机试剂只需稍微过量就可以很好反应。对于a ，b 不饱和胺反 应。加入t m c s 可使反应得到很高收率的1 , 4 - 力成产物。对于d ，1 3 不饱和酮的 太原理工大学硕士研究生学位论文 反应，加人1 m c s 可使反应收率提高、增加反应活性和减少副反应的产生；而 对于腈的反应，加入t m c s 得到的产物是酮。 + t - b u 三三一h + ( b u 三 - ) 2 z l l c a t n j ( a c a c ) 2 t m c s 1 可。 0 t 。t ( 1 1 9 ) ( 5 ) 亲核试剂与乙烯基磷( 膦) 酸酯中的烯基加成 t m c s 的加入可以加速亲核试剂对乙烯基的磷酰和膦酰化合物的加成反应。 在二甲基铜锂和二乙基1 - 丙烯基酰磷的反应中，加t m c s 时的亲核加成反应速 率至少是不加t m c s 的1 0 倍，加入t m c s 此反应在7 8 ( 2 下只需o 5 h 即可完成， 而不加1 m c s 经过3 h 反应只能得到痕量产物 o ，、。 汐垓謦簧舢r 3 ( 1 珈， r i = o e t ，p h ；r 2 = m e ；r 3 = m e ，b u 。，v m y l ，p h ( 6 ) 合成卤代醇的酯类化合物 在合成卤代酵的酯类化合物的反应中t m c s 是一种合适的试剂。e r a s l 2 8 1 等人 报道用t m c s 和酯肪酸与二醇化合物反应可以得到氯代醇的酯类化合物。反应 的区域选择性和立体选择性取决于二醇化合物中两个烃基的距离，反应中t m c s 既是反应物，也是反应中的溶剂。 o h o h r l 弋( c h 2 ) l l + c o o r 卜_ 二坠! 鱼r i 弋( c h 2 ) n r 2 o 心 r 2 、o c o r 5 ( i - 2 1 ) 。6 太原理工大学硕士研究生学位论文 ( 7 ) 对烯反马氏加成制备醇i ：9 】 在烯烃转化为相应的醇的反应中，使用硼氢化苯基三乙基铵和t m c s 组成 的试剂( 1 ：1 ) 在o 。c 的二氯甲烷中可以得到高收率的产物，反应的加成取向是反 马氏加成，除了得到主要的醇产物外，还有少量的对应的饱和烃副产物生成。 pkh型器蔓：hp-phh p h t m c sc h 2 c h p h c h m ：， 、l+h h f 1 h 7 、 ， ，亡艘h ”“4 、 ( 8 ) 提高某些反应的区域选择性 3 0 1 2 - 三甲锡基噻唑可由2 一锂噻唑与三甲基氯锡烷制得。要在噻唑环的4 ，5 位碳上有选择的引入三甲锡基，可以利用三甲基氯硅烷先引入三甲硅基把2 位碳 保护起来，三甲硅基在反应中可以很容易进行去保护还原为氢，从而得到4 三甲 锡基噻唑和5 三甲锡基噻唑，反应收率较高。 ( 9 ) 加入t m c s 得到烯醇硅醚中间体 在某些反应中加入t m c s ，可以引入三甲基硅基，生成烯醇硅醚，使反应中 间体稳定，有利于反应向既定方向进行，减少副反应发生，反应完成后三甲基硅 基很容易水解去掉。例如在c l a i s e n 缩合反应中使用t m c s 试剂生成比较稳定的 烯醇硅醚中间体，后者水解得到预期产物。 认。r 一玫三鲨旦焱一m ， ( 1 0 ) 有机溶剂中的金属还原【3 1 】 在使用特定金属和溶剂的还原反应中，产物的形戍往往决定于是否存在一个 质子源，基于三甲基硅基和质子相似，在人们对醛和酮、a 。1 3 不饱和醛和酮、 q ，b 不饱和酯、胺、腈和酰氯、l ，3 二烯等不饱和的官能团的金属还原反应中 t m c s 得到了广泛的应用研究，尤其是以t m c s 和t h f 中的锂或是六甲基磷酰 三胺( h e x a m e t h y lp h o s p h o r i ct r i a m i d e ，简称h m p t ) 中的镁作为还原体系的应 用，反应中三甲基硅基不饱和官能团进行加成，生成各种含三甲基硅基的衍生物。 1 3 太原理工大学硕士研究生学位论文 不同的溶剂、金属、温度和t m c s 的使用比率都对还原的过程有影响。 p h c h = c h c n 馨p h c i h c h c n s , i ( c h 3 ) 3 s i ( c h 3 ) 3 1 3 2 3 作为基团保护基 ( 1 2 4 ) 从7 0 年代早期应用硅醚保护羟基以来，有机硅试剂作为保护基在有机反应 中得到突破性进展，特别是三甲基硅基已经成为当前有机合成中最常用的保护基 团之一，广泛地应用于具有生物活性和有合成价值的化合物，如糖类、甾体、核 苷、氨基酸、大环内酯抗菌素前体等的合成中3 2 - 3 棚。 三甲基硅基可以作为羟基、羧基、氨基等官能团的保护基团。因连接和脱去 三甲基硅基的反应，具有产率高、条件温和及适用范围广等优点，因此t m c s 广泛应用于香料和有机药物合成中，其需求量越来越大i 伸j 。 ( 1 ) 保护羟基 三甲基硅基作为保护基对羟基的保护广泛应用于甾体、糖类、核苷和核苷酸 的合成中。如在缩氨酸的合成6 p 3 5 j ，l 丝氨酸用h m d $ t m c s 处理转化为三 甲基衍生物，随后与光气反应环化得中间体。 q hq s 缸旰删必蕾o - i - o g o h 骂 乜 乜僻 ( 1 2 5 ) 当对某些化合物进行氧化、酰化、卤化或对其作脱水反应时，均要对羟基加 以保护。一般方法是形成烷基醚或酯保护羟基，但是脱保护较为麻烦，如正烷基 醚是对温和的裂解条件稳定的化合物，而三甲基硅醚能通过与氟离子的反应或温 和的酸性水解而完成裂解。 ( 2 ) 保护羧基 羧基一般生成烷基酯加以保护，但是对于一些反应物中含有对水敏感的基团 的化合物，其羧基的保护则要形成硅烷基酯，它在非水条件下稳定，三甲基硅基 1 4 太原理工大学硕士研究生学位论文 酯可在醇中回流而实现裂解。 在对各种头孢菌素的半合成过程中，以7 - 氨基头孢烷酸( 7 - a c a ) 为起始物对 其3 位进行改造以合成各种有用的头孢中间体时，为避免7 - a c a 分子间的反应， 需对分子中的羧基或氨基加以保护3 6 1 ，以h m d s 为试剂，t m c s 为催化剂，在 c h 2 c | 2 中回流7 1 0 h 即可完成。 h m d s 厂r m c s o a - 石忑而 o a c ( 1 - 2 6 ) ( 3 ) 保护氨基 尽管s i - n 键对于水极为敏感，但是在反应中需使用不能接触水的试剂时， 仍可用三甲基硅基来保护氨基。如氨基酸可用t m c s 和三乙胺在苯中回流对氨 基、羧基同时进行保护【3 7 1 。 r - - c ，h c 0 0 h t m c s a 3 n r c h - c o o s c h 3 ) 3 n h 2n h s i ( c h 3 ) 3 ( 1 - 2 7 ) 1 3 2 4 其它方面的应用 t m c s 可以用于合成香料，如天然等同呋喃类香料的合成。如对称a 一酮醇 类化合物。对称q 一酮醇的合成一般可采用b o u v e a u l tl o c q u i n 反应合成。这个 反应的主要副反应是由于烷氧基离子引起的1 3 消去、c l a i s e n 或d i e c k m s , l l n 缩 合等碱催化反应，在反应过程中加入t m c s 以除去烷氧基离子的影响，消除副 反应，提高产率。反应方程式口8 l 如下： 1 5 太原埋j = 大学硕士研究生学位论文 2c h 3 一融c 码畚 一亡h c o o c h 3 辜；：寸 h 3c h 3 c h 3 一c h c c c h c h 3 ( c h 3 ) 3 s i o0 s c h 3 ) 3 旦f h 3 甲h 臂竿h ，ii c h 3 - - c h c h c c h c h 3 ( 1 - 2 8 ) 可以用做表面修饰剂，如用t m c s 对金属负载性催化剂进行表面疏水改性。 h o n g1 3 9 1 等人用t m c s 对s i 0 2 干凝胶进行表面修饰以提高孔隙率，得到低双电层 常数的s i 0 2 干凝胶。 用t m c s 对聚合物进行化学修饰以提高其耐火性i 删。其作为封头剂的应用 包括：作为有机硅高聚物的封头剂，起到调节高聚物分子量的作用，特别是在硅 油的生产中有广泛应用i 。 水解反应： 2 ( c h 3 ) 3 s 叭n (