Tétraméthylsilane

Le tétraméthylsilane, ou TMS, est un composé chimique de formule Si(CH3)4. Ce composé organosilicié se présente sous la forme d'un liquide incolore très volatil — son point d'ébullition n'est que de 26 °C — extrêment inflammable et susceptible de former des mélanges explosifs avec l'air. Il est chimiquement relativement inerte. L'action du n-butyllithium LiCH2CH2CH2CH3 sur le tétraméthylsilane conduit à sa déprotonation et donne du triméthylsilylméthyllithium Si(CH3)3CH2Li, qui est un agent alkylant relativement courant. Le tétraméthylsilane est également un précurseur du dioxyde de silicium et du carbure de silicium dans les technologies de dépôt chimique en phase vapeur (CVD).

Tétraméthylsilane
Structure du tétraméthylsilane
Identification
Nom UICPA Tétraméthylsilane
Synonymes

TMS
No CAS 75-76-3
No ECHA 100.000.818
No CE 200-899-1
No RTECS VV5706000
PubChem 6396
ChEBI 85361
SMILES
InChI
Apparence Liquide incolore très inflammable formant des mélanges explosifs avec l'air[1]
Propriétés chimiques
Formule C4H12Si  [Isomères]
Masse molaire[2] 88,223 6 ± 0,004 3 g/mol
C 54,46 %, H 13,71 %, Si 31,83 %,
Diamètre moléculaire 0,596 nm[3]
Propriétés physiques
T° fusion −102 °C[1]
T° ébullition 26 °C[1]
Solubilité 0,02 g·L-1[1] à 25 °C
Paramètre de solubilité δ 12,6 J1/2·cm-3/2[3] (25 °C)
Masse volumique 0,65 g·cm-3[1] à 20 °C
T° d'auto-inflammation 330 °C[1]
Point d’éclair −20 °C[1]
Limites d’explosivité dans l’air de 1 % vol. (36 g/m3) à 37,9 % vol. (1 385 g/m3)[1]
Pression de vapeur saturante 75 kPa[1] à 20 °C
Propriétés électroniques
1re énergie d'ionisation 9,80 ± 0,04 eV[4]
Précautions
SGH[1]

Danger
H224, P210, P240, P243 et P403+P235
NFPA 704[5]

 
Transport[1]
   2749   
Unités du SI et CNTP, sauf indication contraire.

Préparation

Le tétraméthylsilane est un sous-produit de la synthèse des méthylchlorosilanes SiCln(CH3)4–n par la réaction de chlorométhane CH3Cl sur le silicium. Les produits les plus utiles de cette synthèse sont ceux avec n = 1, 2 ou 3, soit respectivement le chlorure de triméthylsilyle SiCl(CH3)3, le diméthyldichlorosilane SiCl2(CH3)2 et le méthyltrichlorosilane SiCl3CH3 ; pour n = 4, il s'agit du tétrachlorure de silicium SiCl4 et, pour n = 0, du tétraméthylsilane Si(CH3)4.

Le tétraméthylsilane peut être produit à partir de tétrachlorure de silicium SiCl4 et de chlorure de méthylmagnésium CH3MgBr par une réaction de Grignard. Il peut également être préparé en faisant réagir du chlorure de triméthylsilyle SiCl(CH3)3 avec du chlorure de méthylaluminium sodique NaCH3AlCl3[6] :

3 NaCl + AlCl3 + 2 Al + 3 CH3Cl ⟶ 3 NaCH3AlCl3 ;
NaCH3AlCl3 + SiCl(CH3)3 ⟶ Si(CH3)4 + NaAlCl4 (en).

En 1865, l'une des premières synthèses du triméthylsilane par Charles Friedel et James Mason Crafts faisait intervenir du tétrachlorure de silicium SiCl4 avec du diméthylzinc Zn(CH3)2[7] :

SiCl4 + 2 Zn(CH3)2 ⟶ Si(CH3)4 + 2 ZnCl2.

Applications

Le tétraméthylsilane est utilisé pour l'étalonnage interne des déplacements chimiques pour la spectroscopie RMN du 1H, du 13C et du 29Si dans les solvants organiques dans lesquels le TMS est soluble — δ(1H TMS) = 0,0 ppm par définition. Dans l'eau, où le TMS n'est pas soluble, on emploie le triméthylsilylpropanoate de sodium deutéré (TSP-d4) (CH3)3SiCD2CD2COO−Na+ ou des sels sodiques du DSS (CH3)3SiCH2CH2CH2SO3−Na+. La volatilité du TMS permet de l'évaporer facilement, ce qui facilite la récupération des échantillons analysés par spectroscopie RMN[8].

Bien que le tétraméthylsilane soit chimiquement plutôt inerte, il a été utilisé avec succès comme agent de méthylation dans des réactions de transmétallation[9] :

Si(CH3)4 + GaCl3 (en) ⟶ SiCl(CH3)3 + GaCl2CH3.

Notes et références
  1. Entrée « Tetramethylsilane » dans la base de données de produits chimiques GESTIS de la IFA (organisme allemand responsable de la sécurité et de la santé au travail) (allemand, anglais), accès le 30 janvier 2021 (JavaScript nécessaire)
  2. Masse molaire calculée d’après « Atomic weights of the elements 2007 », sur www.chem.qmul.ac.uk.
  3. (en) Yitzhak Marcus, The Properties of Solvents, vol. 4, John Wiley & Sons Ltd, , 239 p. (ISBN 0-471-98369-1)
  4. (en) David R. Lide, Handbook of chemistry and physics, 89e éd., CRC Press, 2008, p. 10-205. (ISBN 978-1420066791)
  5. « Fiche du composé Tetramethylsilane, 99.9%  », sur Alfa Aesar (consulté le ).
  6. (de) Georg Brauer, en collaboration avec Marianne Baudler, Handbuch der Präparativen Anorganischen Chemie, 3e éd. révisée, vol. I, Ferdinand Enke, Stuttgart 1975, p. 705. (ISBN 3-432-02328-6)
  7. (de) J. M. Crasts et C. Friedel, « Ueber das Siliciummethyl und die Kieselsäure‐Methylather », Justus Liebigs Annalen der Chemie, vol. 136, no 2,‎ , p. 203-212 (DOI 10.1002/jlac.18651360217, lire en ligne)
  8. (en) Jerry R. Mohrig, Christina Noring Hammond et Paul F. Schatz, Techniques in Organic Chemistry, W. H. Freeman, 2006, p. 273–274 (ISBN 978-0-7167-6935-4).
  9. (en) H. Schmidbaur et W. Findeiss, « A Simple Route to Organogallium Compounds », Angewandte Chemie International Edition, vol. 3, no 10,‎ , p. 696-696 (DOI 10.1002/anie.196406961, lire en ligne).
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