Силанизация
Силанизация — это присоединение органосилильной группы к некоторым химическим соединениям. Почти всегда силанизация представляет собой преобразование поверхности с силанольными концевыми группами в поверхность с алкилсилокси-концевыми группами. Это преобразование придает гидрофобность ранее гидрофильной поверхности. [1] [2] Этот процесс часто используется для модификации свойств поверхности подложек из стекла, кремния, оксида алюминия, кварца и оксидов металлов, которые имеют большое количество гидроксильных групп. Силанизация отличается от силилирования , которое обычно относится к присоединению кремнийорганических групп к молекулярным субстратам.
Механизм
[ редактировать ]Механизмы силанизации различаются в зависимости от субстрата и реагента силанизирования. В обычных обстоятельствах поверхностные группы МОН реагируют как нуклеофилы с силилхлоридами или силилалкоксидами. Показана стехиометрия этих реакций:
- M−OH + R 3 SiCl → M−OSiR 3 + HCl
- M−OH + R 3 SiOCH 3 → M−OSiR 3 + CH 3 OH
M обычно представляет собой Si, но может быть и многими другими элементами.
Предполагается, что этот процесс следует путям, которые применяются к силилированию молекулярных субстратов, таких как спирты . [1]
Свойства органофункциональных алкоксисиланов
[ редактировать ]
Силанизирующие реагенты часто имеют формулу (RO) 3-n (CH 3 ) n SiR' или R'SiCl 3 , где R = метил или этил и R' представляет собой длинную алкильную цепь или функционализированную алкильную группу. [1]
| Силановый связующий агент | Структурная формула | Комментарий |
|---|---|---|
| октадецилтрихлорсилан (ОДТС) | СН 3 (СН 2 ) 17 SiCl 3 | длинноцепочечный алкил [3] |
| винилтриметоксисилан | СН 2 =CHSi(OCH 3 ) 3 | виниловая заделка |
| 3-метакрилоксипропилтриметоксисилан | CH 2 =C(CH 3 )CO 2 (CH 2 ) 3 Si(OCH 3 ) 3 | акрилат окончен |
| 3-аминопропилтриэтоксисилан | H 2 NCH 2 CH 2 CH 2 Si(OC 2 H 5 ) 3 | амино-оконченный; [4] см. также 3-аминопропил)диэтоксиметилсилан (APDMES), 3-аминопропил)диметилэтоксисилан (APTMS), 3-аминопропил)триметоксисилан (CAS# 13822-56-5). |
| N-(2-аминоэтил)-3-аминопропилтриметоксисилан | H 2 NCH 2 CH 2 NH(CH 2 ) 3 Si(OCH 3 ) 3 | с диамино-концевыми группами |
| бис[3-триэтоксисилилпропил]тетрасульфид | [(CH 3 CH 2 O) 3 SiCH 2 CH 2 CH 2 SS] 2 | сшивающая группа для композитов диоксида кремния и каучука |
| 3-меркаптопропилтриметоксисилан | HSCH 2 CH 2 CH 2 Si(OCH 3 ) 3 | с тиоловым концевым (см. также MPDMS (3-меркаптопропил)-метилдиметоксисилан) |
| 3-хлорпропилтриметоксисилан | CICH 2 CH 2 CH 2 Si(OCH 3 ) 3 | с хлоралкильным окончанием |
| 3-глицидоксипропил)диметилэтоксисилан (GPMES) | CH 2 OCHCH 2 Si(CH 3 ) 2 (OC 2 H 5 ) | эпоксидсодержащий |
Природа органической группы силанизирующего агента сильно влияет на свойства поверхности. Простые алкилсодержащие силанизирующие группы придают гидрофобность.
Когда боковые цепи силанового соединения представляют собой амины или тиолы, поверхности приобретают свойства этих функциональных групп . [5] Эти поверхности восприимчивы к дальнейшим реакциям, характерным для присоединенных функциональных групп. Например, можно провести прививку. [6]
Приложения
[ редактировать ]Обращенно-фазовая хроматография
[ редактировать ]Популярной неподвижной фазой является диоксид кремния, связанный с октадецильной углеродной цепью (C18) (классификация USP L1). [7] Такие материалы получают реакцией силикагеля с триметоксиоктадецилсиланом]]. В отдельных звеньях силанольные группы замещают метоксигруппы, образуя связи Si-O-Si. Эта реакция превращает гидрофильные силанольные группы в гидрофобные покрытия. Другие силанизирующие группы включают диоксид кремния, связанный с C8 (L7), чистый диоксид кремния (L3), диоксид кремния, связанный цианогруппами (L10) и диоксид кремния, связанный фенилом (L11). Обратите внимание, что C18, C8 и фенил представляют собой смолы с обращенной фазой, тогда как цианоколонки могут использоваться в обращенно-фазовом режиме в зависимости от аналита и условий подвижной фазы.
Посуда
[ редактировать ]Силанизация (или силиконизация) стеклянной посуды — распространенное применение, повышающее гидрофобность стеклянной тары. Обработанная таким образом стеклянная посуда образует плоский мениск и позволяет более полно переносить водные растворы. [2] [8]
Силанизация стеклянной посуды используется при культивировании клеток, чтобы минимизировать прилипание клеток к стенкам колб. [9] Кроме того, процесс силанизации также используется в биомедицинских областях для самых разных целей, включая прикрепление ДНК к субстратам. [10]
Силанизацию стеклянной посуды можно осуществить погружением 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 обеспечить лучшее место связывания нуклеиновых кислот с чипом. [11] Обычным силаном, используемым для обработки стеклянных поверхностей в этом случае, является (3-меркаптопропил) триметоксисилан, который увеличивает количество реакционноспособных тиоловых групп на поверхности. [11] Нуклеиновые кислоты могут связываться с этими доступными тиоловыми группами на поверхности стеклянного чипа ДНК после силанизации. [11]
Стоматологический
[ редактировать ]Силанизация часто используется для обработки керамики, используемой для реставрации и ремонта зубов. Было показано, что применение силанового связующего вещества 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 композитного цемента на основе смолы обеспечило прочное соединение в клиническом применении. [12] Хотя силановые связующие широко используются в стоматологической практике, они подвержены разрушению связи под воздействием окружающей среды полости рта, ослабляя адгезию между поверхностями, для соединения которых они используются. [12] [13]
Дополнительное чтение
[ редактировать ]- Зельцер, М. (2015), «Переключаемые и реагирующие поверхности на основе пептидов» , Переключаемые и отзывчивые поверхности и материалы для биомедицинских применений , Elsevier, стр. 65–92, номер документа : 10.1016/b978-0-85709-713-2.00003- 1 , ISBN 978-0-85709-713-2 , получено 30 апреля 2023 г.
- Шварц, Джеффри; Авальтрони, Майкл Дж; Дэнахи, Майкл П; Сильверман, Бретт М; Хэнсон, Эрик Л; Шварцбауэр, Жан Э; Мидвуд, Ким С; Гавалт, Эллен С. (2003). «Прикрепление и распространение клеток на материалах металлических имплантатов» . Материаловедение и инженерия: C . 23 (3): 395–400. дои : 10.1016/S0928-4931(02)00310-7 .
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с Пейп, Питер Г. (2017). «Силилирующие агенты». Энциклопедия химической технологии Кирка-Отмера . стр. 1–15. дои : 10.1002/0471238961.1909122516011605.a01.pub3 . ISBN 9780471238966 .
- ^ Jump up to: а б с Арклс, Барри (1997). «Обработка поверхностей силанами» . Химтех . 7 : 766–777 – через ResearchGate.
- ^ Жувела, Петар; Скочилас, Магдалена; Джей Лю, Дж.; Бачек, Томаш; Калисзан, Роман; Вонг, Минг Ва; Бушевский, Богуслав; Хебергер, К. (2019). «Системы определения характеристик колонок и выбора в обращенно-фазовой высокоэффективной жидкостной хроматографии». Химические обзоры . 119 (6): 3674–3729. doi : 10.1021/acs.chemrev.8b00246 . ПМИД 30604951 . S2CID 58631771 .
- ^ Вашист, Сандип Кумар; Лам, Эдмонд; Храпович, Сабахудин; Мале, Кейт Б.; Луонг, Джон Х.Т. (2014). «Иммобилизация антител и ферментов на биоаналитических платформах, функционализированных 3-аминопропилтриэтоксисиланом, для биосенсоров и диагностики» . Химические обзоры . 114 (21): 11083–11130. дои : 10.1021/cr5000943 . ПМИД 25299435 . S2CID 206900258 .
- ^ Брем, Мариус; Шайгер, Йоханнес М.; Велле, Александр; Левкин, Павел А. (2020). «Обратимая смачиваемость поверхности за счет силанизации» . Расширенные интерфейсы материалов . 7 (12): 1902134. doi : 10.1002/admi.201902134 . ISSN 2196-7350 .
- ^ Чжао, Цзе; Миланова, Мария; Вармоэскеркен, Марин MCG; Дучк, Виктория (5 ноября 2012 г.). «Модификация поверхности наночастиц TiO2 силановыми связующими» . Коллоиды и поверхности А: Физико-химические и инженерные аспекты . 25-е заседание Европейского общества коллоидов и интерфейсов. 413 : 273–279. дои : 10.1016/j.colsurfa.2011.11.033 . ISSN 0927-7757 .
- ^ Хроматографические реагенты USP 2007–2008: используются в USP-NF и Фармакопейном форуме . Фармакопея США. 2007.
- ^ Сид, Б. (май 2001 г.). «Силанизация стеклянной посуды» . Современные протоколы клеточной биологии . Приложение 3: Приложение 3E. дои : 10.1002/0471143030.cba03es08 . ISSN 1934-2616 . ПМИД 18228287 . S2CID 20511249 .
- ^ Сид, Брайан (май 2001 г.). «ПРИЛОЖЕНИЕ 3E Силанизирующая стеклянная посуда». Современные протоколы клеточной биологии . Приложение 3: А.3Е.1. дои : 10.1002/0471143030.cba03es08 . ПМИД 18228287 . S2CID 20511249 .
- ^ Лабит, Элен; Голдар, Арач; Гильбо, Гийом; Дуарш, Карин; Хириен, Оливье; Мархейнеке, Катрин (1 декабря 2008 г.). «Простой и оптимизированный метод создания силанизированных поверхностей для FISH и картирования репликации на расчесанных волокнах ДНК» . БиоТехники . 45 (6): 649–658. дои : 10.2144/000113002 . ISSN 0736-6205 . ПМИД 19238795 .
- ^ Jump up to: а б с Холливелл, Кэтрин М.; Касс, Энтони Э.Г. (1 июня 2001 г.). «Факторный анализ условий силанизации для иммобилизации олигонуклеотидов на стеклянных поверхностях» . Аналитическая химия . 73 (11): 2476–2483. дои : 10.1021/ac0010633 . ISSN 0003-2700 .
- ^ Jump up to: а б с Матинлинна, Юкка Пекка; Лунг, Кристи Ин Кей; Цой, Джеймс Кит Хон (2018). «Механизм силановой адгезии в стоматологии и обработке поверхностей: обзор» . Стоматологические материалы . 34 (1): 13–28. doi : 10.1016/j.dental.2017.09.002 .
- ^ Вагнер, Уильям; Чжан, Гюйген; Сакияма-Элберт, Шелли; Яшемский, Майкл (2020). Биоматериаловедение - Введение в материалы в медицине (4-е изд.). Эльзевир. стр. 495–496. ISBN 978-0128161371 .