Парадоксальной является ситуация, связанная с доступностью тетрафторсилана для лабораторных исследований. Продукт, который миллионами тонн образуется в промышленности, невозможно приобрести в качестве реактива – практически ни один из каталогов не содержит данной позиции. В этой связи разработка удобного препаративного метода синтеза SiF4 представляется задачей весьма актуальной.

Анализ литературных данных, в частности, метода получения органофторсиланов из фторсиликатов натрия или калия, позволил ученым Института синтетических полимерных материалов РАН предположить, что в качестве еще одного компонента в этих процессах образуется тетрафторсилан. Результаты проведенных экспериментов по взаимодействию дифенилдихлорсилана с гексафторсиликатом натрия подтвердили данное предположение. Выделение SiF4 наблюдалось при нагревании реакционной массы, состоящей из стехиометрических количеств исходных реагентов:

Na2SiF6 + Ph2SiCl2 → Ph2SiF2 + SiF4 + 2NaCl

Изучались различные варианты проведения процесса, предполагающие, в частности, различные варианты смешения исходных реагентов. Наиболее эффективным по времени индукционного эффекта, скорости и полноте выделения тетрафторсилана оказалось прикапывание дифенилдифторсилана порциями по 5-7 мл к предварительно разогретому до 200оС фторсиликату натрия. Основное количество SiF4 выделяется при этом за 10-12 минут, а выход в расчете на использованный дифенилдихлорсилан составлял 80-85%.

Для анализа чистоты образующегося тетрафторсилана были синтезированы его комплексы с аммиаком и диметилформамидом. Количественный выход аддуктов и хорошее соответствие расчетных и найденных значений элементного анализа, а также данные ИК-спектров – отсутствие полос поглощения, характерных для солей фтористоводородной кислоты, позволяют утверждать, что тетрафторсилан, полученный по данной реакции, не содержит примесей фтористого водорода.

В таблице приведены сопоставительные данные по условиям проведения известных препаративных методов генерации тетрафторсилана и выходам целевого продукта. Оценка доступности исходных соединений и оборудования свидетельствует о безусловных преимуществах предлагаемого способа синтеза SiF4.

Таблица. Сопоставительные данные по условиям реакций и выходам SiF4

реакция Температура, Cо Состав газовой фазы Очистка SiF4 Выход,%
Na2SiF6 + H2SO4 25 SiF4 +HF Пропускание через силикагель, низкотемпературная ловушка 70
BaSiF6 Свыше 500 SiF4 Не требуется 64
Na2SiF6 + Ph2SiCl2 150 SiF4 Не требуется 85

Учитывая значительные масштабы производства гексафторсиликатов – при связывании выделяющегося в процессе обработки минерального сырья тетрафторсилана – представленный процесс может быть реализован и в существенно больших масштабах. В таком случае возникает вопрос, правильно ли рассматривать дифенилдифторсилан как отход такого производства. Учитывая, что основное количество дифенилдихлорсилана используется для производства дифенилсиландиола, а также отсутствие литературных данных о возможности получения этого продукта на основе дифенилдифторсилана, был исследован процесс гидролиза дифенилдифторсилана с целью получения дифенилдигидроксисилана:

PH2SiF2 + 2H2O → Ph2Si(OH)2 + 2HF

Было найдено, что добавление дифенилдифторсилана в гексановом растворе к гидролизующей смеси состава вода-аммиак с последующей экстракцией выпавшего в осадок продукта эфиром, позволило получить до 85% дифенилдигидроксисилана после перекристаллизации.

Таким образом, предложенный способ получения тетрафторсилана может быть реализован и в существенно большем объеме. К примеру, при необходимости использования SiF4 в качестве катализатора на производстве.