二甲基氯硅烷研究

含有反应性碳官能基团的有机硅烷，在硅烷偶联剂、硅橡胶交联剂的制备，有机聚合物的改性，以及织物整理剂等日化用品中等均有广泛用途。含硅氢键的有机硅化合物与不饱和烃的硅氢加成反应，是合成碳官能团有机硅烷的重要方法。　　三氯硅烷、甲基二氯硅烷和二甲基氯硅烷均为含硅氢键的有机氯硅烷单体。由于二甲基氯硅烷较另外两种单体，反应活性较低，目前以二甲基氯硅烷为原料的反应研究较少，但二甲基氯硅烷的硅氢加成反应产物也是有机硅工业生产中重要的碳官能团有机硅烷单体。　　本课题以合成二甲基氯硅烷的硅氢加成产物为研究目的，主要研究内容如下：　　(1)使用硅氢加成-水解缩合法制备了1，3-双(γ-氯丙基)-1，1，3，3-四甲基二硅氧烷。以二甲基氯硅烷与γ-氯丙烯为原料，首先在氯铂酸催化下，通过硅氢加成反应合成中间体γ-氯丙基二甲基氯硅烷，继而水解缩合制备得到了1，3-双(γ-氯丙基)-1，1，3，3-四甲基二硅氧烷。　　对第一步硅氢加成反应进行了条件优化，考察了催化剂种类与用量、反应物配比、混合方式、反应时间等因素对硅氢加成反应的影响:在同时考虑催化效率和经济效益情况下，选用2×10-5 g/mL H2PtCl6（以有效成分Pt在反应液中的浓度来定量）作为催化剂，二甲基氯硅烷与γ-氯丙烯按1∶1进行投料，全混合反应5h，反应产率可达到83.8％。第二步水解缩合的反应产率为96.7％。目标产物1，3-双(γ-氯丙基)-1，1，3，3-四甲基二硅氧烷的总产率为81％。　　采用气相色谱-质谱联用、红外光谱、核磁共振等方法对中间产物γ-氯丙基二甲基氯硅烷和产物1，3-双(γ-氯丙基)-1，1，3，3-四甲基二硅氧烷的结构进行了分析表征。　　(2)以氯铂酸催化二甲基氯硅烷与γ-氯丙烯的硅氢加成反应体系为对象，研究了铂催化硅氢加成反应的反应机理。采用场发射透射电子显微镜TEM，观察比较了氯铂酸催化剂在催化反应前后的形貌变化，发现氯铂酸参与反应被还原生成了Pt纳米粒子。采用量子理论化学，计算研究了二甲基氯硅烷与γ-氯丙烯硅氢加成反应中各步历程的能量变化，比较清晰地了解了铂催化剂的作用机制和反应历程。　　(3)以二甲基氯硅烷与甲基丙烯酸烯丙酯为原料，通过硅氢加成反应，制备得到了γ-（甲基丙烯酰氧基）丙基二甲基氯硅烷。考察了反应温度、催化剂种类与用量等因素对产率的影响。研究得到的最佳反应条件:以1×10-5 g/mL Karstedt催化剂（以有效成分Pt在反应液中的浓度来定量）作为催化剂，55℃温度下反应，反应产率较高，达到81.8％。　　应用气相色谱-质谱联用技术对反应混合液进行了分析，研究了反应混合液中的7种物质的质谱裂解途径，确定了主产物和6种副产物的结构，提出了反应历程。采用红外光谱和核磁共振对产物γ-（甲基丙烯酰氧基）丙基二甲基氯硅烷的结构，进一步进行了分析表征。　　本文的创新点:　　(1)以二甲基氯硅烷与γ-氯丙烯为原料，经硅氢加成-水解缩合法制备了双官能团有机硅烷单体1，3-双(γ-氯丙基)-1，1，3，3-四甲基二硅氧烷。合成条件简单，副产物少，为1，3-双(γ-氯丙基)-1，1，3，3-四甲基二硅氧烷的工业制备提供了参考。　　(2)采用气相色谱-质谱联用技术对二甲基氯硅烷与甲基丙烯酸烯丙酯的反应混合物进行了分离和结构分析，研究了反应历程，为实验条件的优化和产品的纯化提供了理论指导。