العملية المباشرة

تُعدّ العملية المباشرة ، والتي تُسمى أيضاً بالتخليق المباشر ، وعملية روشو ، وعملية مولر-روشو، التقنية الأكثر شيوعاً لتحضير مركبات السيليكون العضوية على نطاق صناعي. وقد نُشرت هذه العملية لأول مرة بشكل مستقل من قِبل يوجين ج. روشو وريتشارد مولر في أربعينيات القرن العشرين. ^{[ 1 ] [ 2 ]}

تتضمن هذه العملية تفاعلات محفزة بالنحاس بين هاليدات الألكيل والسيليكون العنصري، والتي تحدث في مفاعل ذي طبقة مميعة . على الرغم من إمكانية تطبيقها نظريًا مع أي هاليد ألكيل، إلا أن أفضل النتائج من حيث الانتقائية والإنتاجية تتحقق باستخدام كلوروميثان (CH₃Cl ₎ . الظروف النموذجية هي 300  درجة مئوية وضغط يتراوح بين 2 و5 بار. تسمح هذه الظروف بتحويل السيليكون بنسبة 90-98% _،  وكلوروميثان بنسبة 30-90%. يُنتج ما يقارب 1.4 مليون طن من ثنائي ميثيل ثنائي كلورو سيلان (Me₂SiCl₂) سنويًا باستخدام هذه العملية _. ^{[ 3 ]}

قلة من الشركات تُطبّق عملية روشو فعلياً، نظراً لتعقيد التكنولوجيا ومتطلبات رأس المال العالية. ولأن السيليكون يُسحق قبل التفاعل في طبقة مميعة ، تُعرف الشركات التي تُطبّق هذه التكنولوجيا باسم شركات تكسير السيليكون . ^{[ 4 ]}

التفاعلات ذات الصلة هي (Me = CH ₃ ):

x MeCl + Si → Me ₃ SiCl، Me ₂ SiCl ₂ ، MeSiCl ₃ ، Me ₄ Si ₂ Cl ₂ ، …

_يُعد ثنائي ميثيل ثنائي كلورو سيلان ( Me₂SiCl₂ ₎ ذا قيمة خاصة (كمادة أولية للسيليكونات )، ولكن كلوريد ثلاثي ميثيل سيليل (Me₃SiCl ₎ وميثيل ثلاثي كلورو سيلان (MeSiCl₃ ₎ لهما قيمة أيضاً. ^{[ 5 ] : 371}

لا تزال آلية العملية المباشرة غير مفهومة تمامًا، على الرغم من كثرة الأبحاث. يلعب النحاس دورًا هامًا، ومن شبه المؤكد أنه يشكل مركبًا بين فلزيًا بتركيب تقريبي Cu₃Si _. [ ^{6 ] يُسهّل} _{هذا المركب الوسيط تكوين روابط Si-Cl وSi-Me. يُقترح أن قرب رابطة Si-Cl من "ناتج" النحاس-كلوروميثان يسمح بتكوين وحدات Me-SiCl. يسمح انتقال جزيء} كلوروميثان ثانٍ بتحرير Me₂SiCl₂ _. وهكذا، يتأكسد النحاس من حالة الأكسدة الصفرية ثم يُختزل لتجديد العامل الحفاز. ^{[ 1 ]}

يمكن إنهاء التفاعل المتسلسل بعدة طرق. وتؤدي عمليات الإنهاء هذه إلى ظهور النواتج الأخرى التي تُلاحظ في التفاعل. على سبيل المثال، يؤدي دمج مجموعتين من Si-Cl إلى تكوين مجموعة SiCl₂ _، التي تخضع لتفاعل محفز بالنحاس مع MeCl لتكوين _MeSiCl₃ . ^{[ 1 ]}

بالإضافة إلى النحاس، يحتوي المحفز الأمثل على معادن مُحفزة تُسهل التفاعل. يُعد القصدير ضروريًا، ويعمل بتآزر مع الزنك ؛ ولكن يبدو أن كميات ضئيلة للغاية من العديد من المعادن المُحفزة الأخرى تؤثر على التفاعل. من بين العديد من المعادن المُحفزة، ذُكر الحديد، والألومنيوم، والتيتانيوم، والمنغنيز، والنيكل، والرصاص، والفوسفور، ^{[ 7 ]} والأنتيمون، والمغنيسيوم، والكالسيوم، والبزموت، والزرنيخ، والكادميوم. ^{[ 1 ] [ 3 ]}

المنتج الرئيسي للعملية المباشرة هو ثنائي كلورو ثنائي ميثيل سيلان، Me₂SiCl₂ . _مع ذلك، تتشكل العديد من المنتجات الأخرى. على عكس معظم التفاعلات، يُعد هذا التوزيع مرغوبًا فيه نظرًا لكفاءة عزل المنتج العالية. _[ ^{1 ] لكل} _{ميثيل كلورو سيلان} تطبيقات محددة وهامة في كثير من الأحيان. يُعد Me₂SiCl₂ _الأكثر فائدة، فهو المادة الأولية لمعظم منتجات السيليكون المنتجة على نطاق صناعي. تُستخدم المنتجات الأخرى في تحضير بوليمرات السيلوكسان ، بالإضافة إلى تطبيقات متخصصة أخرى. ^{[ 1 ]}

يُعد ثنائي كلورو ثنائي ميثيل سيلان الناتج الرئيسي للتفاعل، كما هو متوقع، حيث يُحصل عليه بنسبة تتراوح بين 70 و90%. أما الناتج الثاني الأكثر وفرة فهو ميثيل ثلاثي كلورو سيلان (MeSiCl₃ ₎ ، بنسبة تتراوح بين 5 و15% من الإجمالي. وتشمل النواتج الأخرى Me₃SiCl ₍ بنسبة تتراوح بين 2 و4%)، وMeHSiCl₂ (بنسبة تتراوح بين ₁ و4%)، وMe₂HSiCl ₍ بنسبة تتراوح بين 0.1 و0.5%). ^{[ 1 ]}

_يُنقى مركب Me₂SiCl₂ _{بالتقطير} التجزيئي . على الرغم من تشابه درجات غليان مركبات الكلوروميثيل سيلان المختلفة (Me₂SiCl₂ : 70 _درجة مئوية ، MeSiCl₃ _{: 66} درجة مئوية، Me₃SiCl _: 57 درجة مئوية، MeHSiCl₂ _: 41 درجة مئوية، _Me₂HSiCl : 35 درجة مئوية)، إلا أن عملية التقطير تستخدم أعمدة ذات قدرات فصل عالية، موصولة على التوالي. تؤثر نقاوة المنتجات بشكل حاسم على إنتاج بوليمرات السيلوكسان، وإلا سيحدث تفرع في السلسلة. ^{[ 1 ]}