Силанизация
Присоединение органосилильной группы к некоторым химическим соединениям

Силанизация — это присоединение органосилильной группы к некоторым химическим веществам. Почти всегда силанизация — это преобразование поверхности с силанольным окончанием в поверхность с алкилсилокси-окончанием. Это преобразование придает гидрофобность ранее гидрофильной поверхности. [1] [2]  Этот процесс часто используется для изменения поверхностных свойств стекла, кремния, оксида алюминия, кварца и оксидов металлов, которые все имеют обилие гидроксильных групп. Силанизация отличается от силилирования , которое обычно относится к присоединению кремнийорганических групп к молекулярным субстратам.

Механизм

Механизмы силанизации различаются в зависимости от субстрата и силанизирующего реагента. В обычных обстоятельствах поверхностные группы MOH реагируют как нуклеофилы с силилхлоридами или силилалкоксидами. Стехиометрия для этих реакций показана ниже:

M−OH + R 3 SiCl → M−OSiR 3 + HCl
M−OH + R 3 SiOCH 3 → M−OSiR 3 + CH 3 OH

M — это, как правило, Si, но может быть и множество других элементов.

Предполагается, что процесс следует путям, которые применяются к силилированию молекулярных субстратов, таких как спирты . [1]

Свойства органофункциональных алкоксисиланов

Структурная формула (3-аминопропил)триэтоксисилана (АПТЭС)

Силанизирующие реагенты часто имеют формулу (RO) 3-n (CH3 ) nSiR ' или R'SiCl3 , где R = метил или этил, а R' представляет собой длинную алкильную цепь или функциональную алкильную группу. [ 1]

Выбранные силанизирующие агенты
Силановый связующий агентСтруктурная формулаКомментарий
октадецилтрихлорсилан (ОДТС)СН3 ( СН2 ) 17SiCl3​​​длинноцепочечный алкил [3]
винилтриметоксисиланСН2 =СНSi ( ОСН3 ) 3с виниловым окончанием
3-метакрилоксипропилтриметоксисиланCH 2 =C(CH 3 )CO 2 (CH 2 ) 3 Si(OCH 3 ) 3акрилатный терминатор
3-аминопропилтриэтоксисиланH 2 NCH 2 CH 2 CH 2 Si(OC 2 H 5 ) 3с концевой аминогруппой; [4] см. также 3-аминопропил)диэтоксиметилсилан (APDMES), 3-аминопропил)диметилэтоксисилан (APTMS), 3-аминопропил)триметоксисилан (CAS# 13822-56-5)
N-(2-аминоэтил)-3-аминопропилтриметоксисиланH 2 NCH 2 CH 2 NH(CH 2 ) 3 Si(OCH 3 ) 3диамино-терминированный
бис[3-триэтоксисилил-пропил]тетрасульфид[(CH 3 CH 2 O) 3 SiCH 2 CH 2 CH 2 SS] 2сшивающая группа для композитов на основе кремний-каучука
3-меркаптопропилтриметоксисиланHSCH2CH2CH2Si ( OCH3 ) 3​​​​​с концевым тиолом (см. также MPDMS (3-меркаптопропил)-метил-диметоксисилан)
3-хлорпропилтриметоксисиланCICH2CH2CH2Si ( OCH3 ) 3​​​​​хлоралкил-терминированный
3-глицидоксипропил)-диметилэтоксисилан (GPMES)CH 2 OCHCH 2 Si(CH 3 ) 2 (OC 2 H 5 )эпоксидсодержащий

Природа органической группы на силанизирующем агенте сильно влияет на свойства поверхности. Простые алкилсодержащие силанизирующие группы придают гидрофобность.

Когда боковые цепи силанового соединения являются аминами или тиолами, поверхности принимают свойства этих функциональных групп . [5] Эти поверхности восприимчивы к дальнейшим реакциям, характерным для присоединенных функциональных групп. Например, может быть выполнена прививка. [6]

Приложения

Обращенно-фазовая хроматография

Популярной неподвижной фазой является октадецилуглеродная цепь (C18)-связанный кремний (классификация USP L1). [7] Такие материалы производятся путем реакции силикагеля с триметоксиоктадецилсиланом]]. Отдельные связи включают силанольные группы, замещающие метоксигруппы, образуя связи Si-O-Si. Эта реакция превращает гидрофильные силанольные группы в гидрофобные покрытия. Другие силанизирующие группы устанавливают C8-связанный кремний (L7), чистый кремний (L3), цианосвязанный кремний (L10) и фенилсвязанный кремний (L11). Обратите внимание, что C18, C8 и фенил являются специализированными обращенно-фазовыми смолами, в то время как цианоколонки могут использоваться в обращенно-фазовом режиме в зависимости от аналита и условий подвижной фазы.

Стеклянная посуда

Силанизация (или силиконизация) стеклянной посуды является распространенным применением, которое увеличивает гидрофобность стеклянной тары. Обработанная таким образом стеклянная посуда образует плоский мениск и обеспечивает более полную передачу водных растворов. [2] [8]

Силанизация стеклянной посуды используется при культивировании клеток для минимизации прилипания клеток к стенкам колбы. [9] Кроме того, процесс силанизации также используется в биомедицинских областях для самых разных целей, включая прикрепление ДНК к субстратам. [10]

Силанизация стеклянной посуды может быть достигнута путем погружения ее в раствор 5–10% диметилдиэтоксисилана с последующим нагреванием. [2]

Силанизация также используется для ДНК-чипов. Нуклеиновые кислоты не связываются с необработанными стеклянными поверхностями. Силанизация может обеспечивать лучшее место связывания для нуклеиновых кислот на чипе. [11] Обычным силаном, используемым для обработки стеклянных поверхностей для этого применения, является (3-меркаптопропил)триметоксисилан, который увеличивает количество реактивных тиоловых групп на поверхности [11] Нуклеиновые кислоты могут связываться с этими доступными тиоловыми группами на поверхности стеклянного ДНК-чипа после силанизации. [11]

Стоматологический

Силанизация часто используется для обработки керамики, используемой для реставрации и ремонта зубов. Было показано, что применение силановых связующих агентов после пескоструйной обработки керамического материала обеспечивает прочное соединение смолы. [12] Кроме того, для титановых и других металлических имплантатов в проволоках и коронках применение силановых связующих агентов с последующим нанесением смоляного композитного цемента обеспечивает прочное соединение в клиническом применении. [12] Хотя силановые связующие агенты широко используются в стоматологической практике, они подвержены деградации связи из-за среды полости рта, ослабляя адгезию между поверхностями, которые они используют для соединения. [12] [13]

Дополнительное чтение

  • Зельцер, М. (2015), «Переключаемые и реагирующие поверхности на основе пептидов», Переключаемые и реагирующие поверхности и материалы для биомедицинских применений , Elsevier, стр.  65–92 , doi :10.1016/b978-0-85709-713-2.00003-1, ISBN 978-0-85709-713-2, получено 2023-04-30
  • Шварц, Джеффри; Авалтрони, Майкл Дж.; Данахи, Майкл П.; Сильверман, Бретт М.; Хансон, Эрик Л.; Шварцбауэр, Джин Э.; Мидвуд, Ким С.; Гавальт, Эллен С. (2003). «Прикрепление и распространение клеток на металлических имплантируемых материалах». Материаловедение и инженерия: C. 23 ( 3): 395– 400. doi : 10.1016/S0928-4931(02)00310-7 .

Ссылки

  1. ^ abc Pape, Peter G. (2017). «Силилирующие агенты». Энциклопедия химической технологии Кирка-Отмера . С.  1– 15. doi :10.1002/0471238961.1909122516011605.a01.pub3. ISBN 9780471238966.
  2. ^ abc Arkles, Barry (1997). «Подгонка поверхностей с помощью силанов». Chemtech . 7 : 766–777 – через ResearchGate.
  3. ^ Žuvela, Petar; Skoczylas, Magdalena; Jay Liu, J.; Ba̧Czek, Tomasz; Kaliszan, Roman; Wong, Ming Wah; Buszewski, Bogusław; Héberger, K. (2019). «Системы определения характеристик и выбора колонок в обращенно-фазовой высокоэффективной жидкостной хроматографии». Chemical Reviews . 119 (6): 3674– 3729. doi :10.1021/acs.chemrev.8b00246. PMID  30604951. S2CID  58631771.
  4. ^ Vashist, Sandeep Kumar; Lam, Edmond; Hrapovic, Sabahudin; Male, Keith B.; Luong, John HT (2014). «Иммобилизация антител и ферментов на биоаналитических платформах, функционализированных 3-аминопропилтриэтоксисиланом, для биосенсоров и диагностики». Chemical Reviews . 114 (21): 11083– 11130. doi :10.1021/cr5000943. PMID  25299435. S2CID  206900258.
  5. ^ Брем, Мариус; Шайгер, Йоханнес М.; Велле, Александр; Левкин, Павел А. (2020). «Обратимая смачиваемость поверхности силанизацией». Advanced Materials Interfaces . 7 (12): 1902134. doi : 10.1002/admi.201902134 . ISSN  2196-7350.
  6. ^ Чжао, Цзе; Миланова, Мария; Вармоэскеркен, Марийн MCG; Дучк, Виктория (2012-11-05). «Модификация поверхности наночастиц TiO2 с помощью силановых связующих агентов». Коллоиды и поверхности A: физико-химические и инженерные аспекты . 25-е заседание Европейского общества коллоидов и интерфейсов. 413 : 273– 279. doi :10.1016/j.colsurfa.2011.11.033. ISSN  0927-7757.
  7. ^ Хроматографические реагенты USP 2007-2008: Используются в USP-NF и Pharmacopeial Forum . Фармакопея США. 2007.
  8. ^ Seed, B. (май 2001 г.). "Силанизирующая стеклянная посуда". Current Protocols in Cell Biology . Приложение 3: Приложение 3E. doi :10.1002/0471143030.cba03es08. ISSN  1934-2616. PMID  18228287. S2CID  20511249.
  9. ^ Сид, Брайан (май 2001 г.). "ПРИЛОЖЕНИЕ 3E Силанизирующая стеклянная посуда". Текущие протоколы в клеточной биологии . Приложение 3: A.3E.1. doi :10.1002/0471143030.cba03es08. PMID  18228287. S2CID  20511249.
  10. ^ Лабит, Элен; Голдар, Арах; Гильбо, Гийом; Дуарш, Карин; Хайриен, Оливье; Мархейнеке, Катрин (2008-12-01). "Простой и оптимизированный метод получения силанизированных поверхностей для FISH и картирования репликации на расчесанных волокнах ДНК". BioTechniques . 45 (6): 649– 658. doi : 10.2144/000113002 . ISSN  0736-6205. PMID  19238795.
  11. ^ abc Halliwell, Catherine M.; Cass, Anthony EG (2001-06-01). "Факторный анализ условий силанизации для иммобилизации олигонуклеотидов на стеклянных поверхностях". Аналитическая химия . 73 (11): 2476– 2483. doi :10.1021/ac0010633. ISSN  0003-2700.
  12. ^ abc Matinlinna, Jukka Pekka; Lung, Christie Ying Kei; Tsoi, James Kit Hon (2018). «Механизм адгезии силана в стоматологических приложениях и обработке поверхностей: обзор». Dental Materials . 34 (1): 13– 28. doi :10.1016/j.dental.2017.09.002.
  13. ^ Вагнер, Уильям; Чжан, Гуйген; Сакияма-Элберт, Шелли ; Ясемски, Майкл (2020). Биоматериалы — Введение в материалы в медицине (4-е изд.). Elsevier. С.  495–496 . ISBN 978-0128161371.
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Силанизация&oldid=1257793228"