졸-겔 공정. 선구물질의 가수분해

졸-겔 공정. 선구물질의 가수분해

 

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▶ 참고: 졸-겔 공정의 화학

[ https://ywpop.tistory.com/13409 ]

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2-2. Sol-gel Process

 

2-2-3. Hydrolysis

 

물 분자에 존재하는 산소 원자가 silicon 원자를 친핵성 공격하여 가수분해가 일어나며, 이것은 동위원소 표식자를 사용한 물과 TEOS의 반응 결과 산- 및 염기-촉매 반응계 양쪽 모두에서 unlabelled 알코올만이 생성된다는 것으로부터 알 수 있다 [18].

 

 

Si-OR + H18OH → Si-18OH + ROH

 

 

 

Tetraalkoxysilanes, organotrialkoxysilanes, 그리고 dioganodialkoxysilanes는 수증기에 노출되면 가수분해된다 [19]. 가수분해는 homogenizing agents (alcohols, dioxane, THF, acetone, etc.) 의 존재 하에서 쉽게 진행되며, 특히 부피가 큰 organic 또는 alkoxy 리간드를 포함하는 silanes의 가수분해를 촉진시키는데 도움이 된다. 그러나, 첨가된 용매가 가수분해의 역반응인 에스테르화 반응 또는 해중합 반응을 촉진시킨다는 것에 주목해야 할 것이다 [그림 2-1 참조].

 

 

 

 

2-2-3-1. Effects of Catalysts

 

촉매를 사용하면 가수분해는 매우 빠르게, 또한 완전하게 일어난다 [19]. 비록 졸-겔 공정에서 가장 일반적으로 사용되는 촉매는 무기 산 (mineral acids) 또는 암모니아이지만, acetic acid, KOH, amines, KF, HF, 그리고 titanium alkoxides와 같은 촉매도 알려져 있다 [19]. 많은 연구자들이 무기 산이 동일 농도의 염기 보다 더 효과적인 촉매라고 보고하였다.

 

 

 

Aelion과 공동연구자들은 산 및 염기 조건 하에서 에탄올, 메탄올, 그리고 dioxane과 같은 몇 가지 공용매 (cosolvent) 를 사용하여 TEOS의 가수분해를 조사하였다 [20,21]. 가수분해 정도 (extent) 는 증류 (distillation) 시켜 얻은 에탄올 부산물의 양으로 결정하였다 [그림 2-1(I) 참조]. 그들은 산 또는 염기 촉매의 세기 및 농도가 가수분해의 속도와 정도에 큰 영향을 끼친다는 것을 관찰하였으며, 온도 및 용매는 상대적으로 덜 중요하다고 보고하였다. 모든 강산은 유사한 작용을 하였으며, 반면에 약산을 사용하면 강산을 사용했을 경우와 동일한 반응 정도까지 진행시키기 위해서는 더 긴 반응시간이 필요하였다. Ammonium hydroxide, pyridine과 같은 약염기는 농도가 높을 경우에만 측정 가능한 반응속도를 나타내었다. 산성 조건과 비교해볼 때, 염기성 조건 하에서의 가수분해 동역학 (kinetics) 은 용매의 성질에 더 강한 영향을 받았다.

 

 

 

 

2-3. References

 

18. Khaskin, I. G. Dokl. Akad. Nauk SSSR 1952, 85, 129.

19. Voronkov, M. G.; Mileshkevich, V. P.; Yuzhelevski, Y. A. The Siloxane Bond, Consultants Bureau: New York, 1978.

20. Aelion, R.; Loebel, A.; Eirich, F. J. Am. Chem. Soc. 1950, 72, 5705.

21. Aelion, R.; Loebel, A.; Eirich, F. Recueil Travaux Chimiques 1950, 69, 61.

 

 

 

 

[ 이어지는 글 https://ywpop.tistory.com/20479 ]

2-2-3-1-1. Acid-catalyzed Hydrolysis

 

 

 

 

[키워드] 솔-젤 공정 기준문서, 졸-겔 공정 기준문서, sol-gel 기준문서