Synthese von TMOS - Tetramethylorthosilicat [681-84-5]

[Butandiolmonoacrylat]

Zur Reaktion: Siliciumtetrachlorid wird mit absolutem Methanol alkoholysiert.

SiCl₄ + 4 CH₄O  Si(OCH₃)₄ + 4 HCl


Durchführung: Ein 500ml Dreihalskolben mit Magnetrührer, Gasableitungsrohr mit 2 vorgeschalteten Waschflaschen (die erste nach dem Reaktionskolben bleibt leer, die zweite wurde zur HCl Sorption mit verdünnter NaOH Lösung befüllt) und Thermometer, welcher in eine Eis-Kochsalzmischung ragt wurde im Abzug aufgebaut. Der Kolben wurde mit 64,08g absolutem Methanol beschickt, welches frisch über CaO destilliert wurde. Dann wurde die Apparatur mit Argon gespült und ein Tropftrichter mit Druckausgleich, welcher 84,95g Siliciumtetrachlorid enthielt, aufgesetzt.
Danach wurde gewartet, bis das Methanol 10°C erreicht hat. Dann wurde das Methanol schwach gerührt. Nun wurde die gesamte Menge des Siliciumtetrachlorids langsam in das Methanol eingetropft, ohne das die Temperatur der Reaktionsmischung über 20°C stieg. Hierzu wurden etwa 2 Sunden benötigt. Die Chlorwasserstoffentwicklung war so beträchtlich, das sich die NaOH gefüllte Waschflasche stark erwärmte.
Nachdem die gesamten Edukte vereint waren, wurde nochmal tropfenweise absoluten Methanol in die Mischung gegeben, bis die Gasentwickling gänzlich stoppte. Vermutlich hat ein Teil des Methanols im Laufe der Reaktion mit Chlorwasserstoff reagiert, wodurch keine Stöchiometrie mehr vorlag und Siliciumtetrachlorid im Überschuss vorhanden war.

Nun wurde das Gasableitungsrohr mit einem Stopfen verschlossen und der Tropftrichter durch einen Liebigkühler ersetzt. Die Apparatur wurde ein zweites mal mit Argon gespült.
Mit dem Heizipilz wurde das Reaktionsprodukt erhitzt, wobei bis 71°C wenige tropfen Flüssigekeit übergingen, welche hydrolysiert- und verworfen wurde. Ab ~122°C begann das TMOS überzugehen, welches in eine gekühlten Vorlage destillierte.


Ausbeute: ~99-100% bezogen auf das Siliciumtetrachlorid.


Physiklische Eigenschaften:
Molare Masse: 152.22 g/mol
Schmelzpunkt: -2°C
Dichte: 1.03 g/cm3 (20 °C)
Zündtemperatur: 245 °C
Flammpunkt   : 26 °C
Siedepunkt: 122 °C (1013 hPa)


Gefährlichkeitsmerkmale: entzündlich, sehr giftig, reizend

TMOS ist ein sehr starkes Atemgift.


Andere Namen:
Tetramethylorthosilikat
Kieselsäuretetramethylester
Methylsilicat
TMOS

Nicht Synthesespezifische Anmerkunen:
Trotz dichtem und starkem Abzug habe ich beim destillieren ungewollterweise eine Geruchsprobe genommen. Es hat einen starken aber angenehmen Eigengeruch. Bitte auf höchste Abzugdichtigkeit achen. Trotz der paar ppm hatte ich leichte Reizerscheinungen der Atemwege.
Reste von dem Stoff können hydrolysiert werden (dauert allerdings seine Zeit), ein verschütteter Tropfen kann mit feuchtem Kieselgur unschädlich gemacht werden.

Hier eine ProduktPDF von Merck
http://www.merck-chemicals.com/is-bin/INTERSHOP.enfinity/WFS/Merck-DE-Site/de_DE/-/EUR/ViewPDF-Print.pdf?RenderPageType=ProductDetail&CatalogCategoryID=2q.b.s1LdHsAAAEWouEfVhTl&ProductUUID=wJWb.s1OljQAAAEYCNwK0D3M&PortalCatalogUUID=t02b.s1LX0MAAAEWc9UfVhTl

Eine Quelle zur Synthese habe ich leider nicht, habe es einfach aus logischen Schlussfolgerungen erdacht und umgesetzt. Ausbeute und Siedepunkt des Produkts sind für mich Beweis genug, das ich den Stoff erhalten habe, den ich mir zu Anfang erhoffte.

Bilder muss ich noch auf den PC ziehen und verkleinern, hänge sie bald an.

Es würde mich freuen, wenn die Vorschrift den Weg in die Sammlung finden würde.

Bei Kritik und Anregungen einfach posten.

MfG

[Heuteufel]

Eine sehr schöne Synthese ! 

Ich wollte das Produkt eigentlich auch mal herstellen. Ich hatte zu der Zeit nur den englischen Artikel von Wikipedia (http://en.wikipedia.org/wiki/Tetramethyl_orthosilicate) gelesen und aufgrund der Aussage "The basic properties are similar to the more popular tetraethyl orthosilicate, which is usually preferred because the product of hydrolysis, ethanol, is less toxic than methanol."  gedacht, das Produkt sei nur leicht giftig (aufgrund der Bildung von Methanol). Das hätte böse ins Auge gehen können (falls ich mich nicht weiter informiert hätte).

Hast du schon einen Verwendungszweck für das Produkt?

Eine Quelle zur Synthese habe ich leider nicht, habe es einfach aus logischen Schlussfolgerungen erdacht und umgesetzt.

Ich finde es toll, wenn jemand sich traut so eine Synthese selbst auszudenken und umzusetzen.

Ich bin gespannt auf die Fotos ! 

[Butandiolmonoacrylat]

Hey,

ja ich hätte anfangs auch nicht gedacht dass das Produkt so toxisch ist. Aber man merkt es wirklich schnell, was die geringste Konzentration bewirken kann.

Ich denke die Toxizität beruht darauf, das auch in den Alveolen und Zellzwischenräumen durch Hydrolyse Methanol und Kieselsäure gebildet wird, wobei Methanol die Membranproteine und Carrier denaturiert und blockiert, abgesehen von der Kieselsäure, welche in freiem Zustand im Gewebe sowieso nichts verloren hat.
Gerät der Stoff durch Lunge oder Haut ins Blut, wird auch hier Methanol freigesetzt, was zur Erblindung führen kann. Alles in allem keine schöne Sache.

Ich muss sagen ich kam auf diese Synthese, da ich ein Fan von Siliciumverbindungen bin und einfach mal ein Teil meines SiCl₄ verbrauchen wollte bevor sich der Deckel der Flasche vollständig aufgelöst hat 

Ich dachte auch schon an eine Weiterverarbeitung als Aerogel wobei ich nicht von Erfolg ausgehen kann.

[Phil]

Sehr schöne Synthese gut gemacht. Du bist ja ein richtiger allchemist

[Butandiolmonoacrylat]

Danke Phil =)

[rhodium]

Wir haben 250 ml TMOS bestellt um Gele damit zu giessen. Da war ein ordentlicher Zauber los, bis wir das Zeug in den Händen hatten (Giftbezugsbewilligung war abgelaufen). Tolle Synthese auf jedenfall!

[Mephisto]

Eine interessante Alternative, die auch industriell angewendet wird, ist folgende Reaktion:

SiO₂ + CH₃OCO₂CH₃ Si(OMe)₄ + 2 CO₂

Die Reaktion zwischen Siliciumdioxid und Dimethylcarbonat funktioniert bei 340 °C, wenn das SiO2 mit 5% KOH beladen ist. Ich habe das mehrmals durchgeführt und quasi KOH wässrig auf Kieselgel aufgezogen (und getrocknet). Die Reaktion führte ich in einem Stahlrohr von ca. 1 cm Innendurchmesser durch, verwende einen Stickstoff-Transportstrom und kondensierte das Tetramethoxysilan in einer Kühlfalle bei 0 °C. Das Dimethylcarbonat habe ich langsam mit dem Transportgasstrom in das Stahlrohr getropft. Etwas exotisch, aber eine sympathische Reaktion ohne Nebenprodukte.

[Butandiolmonoacrylat]

Eine interessante Alternative, die auch industriell angewendet wird, ist folgende Reaktion:

SiO₂ + CH₃OCO₂CH₃ Si(OMe)₄ + 2 CO₂

Die Reaktion zwischen Siliciumdioxid und Dimethylcarbonat funktioniert bei 340 °C, wenn das SiO2 mit 5% KOH beladen ist. Ich habe das mehrmals durchgeführt und quasi KOH wässrig auf Kieselgel aufgezogen (und getrocknet). Die Reaktion führte ich in einem Stahlrohr von ca. 1 cm Innendurchmesser durch, verwende einen Stickstoff-Transportstrom und kondensierte das Tetramethoxysilan in einer Kühlfalle bei 0 °C. Das Dimethylcarbonat habe ich langsam mit dem Transportgasstrom in das Stahlrohr getropft. Etwas exotisch, aber eine sympathische Reaktion ohne Nebenprodukte.

Eine sehr interessante und sicher auch billigere Methode. Mein SiCl₄ kostete knappe 20 Euro für 100 mL. Nicht gerade günstig. Dimethylcarbonat ist hingegen viel billiger, Kieselgel kostet ja auch nichts. Hast du die Originalvorschrift dazu??

MfG

[Mephisto]

Ich habe mich an dem folgenden Paper orientiert. Dort werden Siliciumdioxid-haltige Mineralien auf ihre Eignung zur Si(OMe)₄-Synthese hin untersucht.

Reaction of Silicate Minerals To Form Tetramethoxysilane
Lewis, L. N.; Schattenmann, F. J. Inorg. Chem. 2002, 41, 2608-2615.
DOI: 10.1021/ic0109546

Erstmals beschrieben wurde die Reaktion von Ono et al. in den 90er Jahren. Schon da wurde eine ähnliche Apparatur beschrieben.

Ono, Y.; Akiyama, M.; Suzuki, E. Chem. Mater. 1993, 5, 442.

Nähere Informationen kann ich Dir per PN schicken.