Hidróxido de tetrametilamonio

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El hidróxido de tetrametilamonio (TMAH o TMAOH) es una sal de amonio cuaternario con fórmula molecular N(CH3)4+ OH−. Se encuentra comúnmente en forma de soluciones concentradas en agua o metanol. El TMAH en estado sólido y sus soluciones acuosas son incoloros, pero pueden ser amarillentos si son impuros. Aunque el TMAH prácticamente no tiene olor cuando está puro, las muestras a menudo tienen un fuerte olor a pescado debido a la presencia de trimetilamina, que es una impureza común. El TMAH tiene diversas aplicaciones industriales y de investigación.

Propiedades químicas

Estructura

Estructura de mí4Monohidrato de NOH.

El TMAH se encuentra más comúnmente como una solución acuosa, en concentraciones de ~2–25%, y con menos frecuencia como soluciones en metanol. Estas soluciones se identifican con el número CAS 75-59-2. Se han cristalizado varios hidratos como N(CH3)4OH·xH2O. Estas sales contienen cationes Me4N+ y aniones hidróxido (Me es una abreviatura de grupo metilo) bien separados. Los grupos hidróxido están unidos por enlaces de hidrógeno al agua de cristalización. No se ha aislado TMAH anhidro.

Preparación

Una de las primeras preparaciones es la de Walker y Johnston, quienes la realizaron mediante la reacción de metátesis de sal de cloruro de tetrametilamonio e hidróxido de potasio en metanol seco, en el que el TMAH es soluble, pero el cloruro de potasio no:

NMe4+Cl− + KOH → NMe4+OH + KCl

Donde Me representa el grupo metilo, –CH3.

Este informe también proporciona detalles sobre el aislamiento de TMAH en forma de pentahidrato, destacando la existencia de un trihidrato, y destaca la avidez que incluso el primero muestra por la humedad atmosférica y el dióxido de carbono. Estos autores informaron un punto de fusión de 62–63 °C para el pentahidrato, y una solubilidad en agua medida en promedio alrededor de 220 g/100 mL a 15 °C.

Reacciones

El TMAH es un compuesto estable, con una vida media superior a 61 h en NaOH 6 M a 160 °C.

El TMAH sufre reacciones ácido-base simples para producir sales de tetrametilamonio (TMA), cuyo anión se deriva del ácido utilizado. Un ejemplo ilustrativo es la preparación del fluoruro de tetrametilamonio:

NMe4+OH + HF → NMe4+F− + H2O
  • Las soluciones de TMAH se pueden utilizar para hacer otras sales de tetramethylammonium en reacciones de metatesis con amonio (NH)4+Sal. Por ejemplo, el tetramethylammonium thiocyanate puede ser preparado de amonio tiocitoanato como sigue:
NMe4+OH + NH4+SCN− → NMe4+SCN− + NH3 + H2O

El TMAH y muchas otras sales de TMA que contienen aniones simples se descomponen térmicamente en trimetilamina. El éter dimetílico es un producto de descomposición principal en lugar del metanol. La ecuación idealizada es:

2 NMe4+OH - 2 NMe3 + MeOMe + H2O

Propiedades

TMAH es una base muy fuerte.

Usos

Uno de los usos industriales del TMAH es el grabado anisotrópico del silicio. Se utiliza como disolvente básico en el desarrollo de fotorresistencias ácidas en el proceso de fotolitografía y es muy eficaz para eliminar las fotorresistencias. El TMAH tiene algunas propiedades de catalizador de transferencia de fase. También se utiliza como surfactante en la síntesis de ferrofluidos y para inhibir la agregación de nanopartículas.

El TMAH es uno de los reactivos más comunes utilizados en la termoquimiolisis, una técnica analítica que implica tanto la pirólisis como la derivatización química de analitos.

Wet anisotropic etching

El TMAH pertenece a la familia de soluciones de hidróxido de amonio cuaternario (QAH) y se utiliza habitualmente para grabar silicio de forma anisotrópica. El TMAH se prefiere al hidróxido de sodio o potasio en aplicaciones sensibles a la contaminación por iones metálicos. Las temperaturas de grabado típicas están entre 70 y 90 °C y las concentraciones típicas son de 5 a 25 % en peso de TMAH en agua. En el caso del silicio (100), las tasas de grabado generalmente aumentan con la temperatura y disminuyen con la concentración de TMAH. La rugosidad de la superficie del silicio (100) grabado disminuye con el aumento de la concentración de TMAH, y se pueden obtener superficies lisas con soluciones de TMAH al 20 %. Las tasas de grabado suelen estar en el rango de 0,1 a 1 micrómetro por minuto.

Los materiales de enmascaramiento habituales para grabados largos en TMAH incluyen dióxido de silicio (LPCVD y térmico) y nitruro de silicio. El nitruro de silicio tiene una velocidad de grabado insignificante en TMAH. La velocidad de grabado del dióxido de silicio en TMAH varía con la calidad de la película, pero generalmente es del orden de 0,1 nm/minuto.

Toxicology

El ion tetrametilamonio afecta a los nervios y músculos, provocando dificultades para respirar, parálisis muscular y posiblemente la muerte. Está relacionado estructuralmente con la acetilcolina, un neurotransmisor importante tanto en la unión neuromuscular como en los ganglios autónomos. Cuando actúa como agonista, esta similitud estructural se refleja en su mecanismo de toxicidad: se une a los receptores nicotínicos de acetilcolina y los activa, aunque pueden desensibilizarse en presencia continua del agonista. La acción del tetrametilamonio es más pronunciada en los ganglios autónomos, por lo que el tetrametilamonio se clasifica tradicionalmente como un fármaco estimulante de ganglios.

Los efectos ganglionares pueden haber contribuido a las muertes tras una exposición industrial accidental. Las "quemaduras químicas" inducidas por esta base fuerte también son graves. Hay pruebas de que puede producirse envenenamiento por contacto de la piel con soluciones concentradas de TMAH.

Véase también

  • Cation de amonio cuaternario
  • Tetramethylammonium chloride
  • Tetramethylammonium

Referencias

  1. ^ a b c d Sigma-Aldrich Co., Tetramethylammonium hydroxide pentahydrate. Consultado el 2015-04-06.
  2. ^ Mootz, Dietrich; Seidel, Reinhard (1990). "Polyhedral clathrate hidrata de una base fuerte: relaciones de fase y estructuras de cristal en el sistema tetramethylammonium hydroxide-water". Journal of Inclusion Phenomena and Molecular Recognition in Chemistry. 8 (1–2): 139–157. doi:10.1007/BF01131293. S2CID 95063058.
  3. ^ Hesse, W.; Jansen, M. (1991). "Polymorphie von Tetramethylammoniumhydroxid-Pentahydrat, NMe4OH.5H2O, und Kristallstrukturen der Raumtemperatur- und Tieftemperaturform". Zeitschrift für Anorganische und Allgemeine Chemie. 595: 115–130. doi:10.1002/zaac.19915950112.
  4. ^ Walker, J.; Johnston, J. (1905). "Tetramethylammonium hydroxide". J. Chem. Soc., Trans. 87: 955-961. doi:10.1039/ct9058700955.
  5. ^ Marino, M. G.; Kreuer, K. D. (2015). "Estabilidad alcalina de las Caciones de Amonio Cuaternario para Membranes de Célula de Combustible Alkaline e Ionic Liquids". ChemSusChem. 8 (3): 513–523. código:2015Ch...8..513M. doi:10.1002/csc.201403022. PMID 25431246.
  6. ^ Christe, K. O.; Wilson, W.; Wilson, R. D.; Bau, R.; Feng, J. A. (1990). "Síntesis, propiedades y estructuras de fluoruro de tetramethylammonium anhydroso y su adductor 1:1 con trans-3-amino-2-butenenitrilo". Journal of the American Chemical Society. 112 (21): 7619–7625. doi:10.1021/ja00177a025.
  7. ^ Markowitz, M. M. (1957). "Un método conveniente para la peparación de sal de amonio cuaternario". J. Org. Chem. 22: 983-984. doi:10.1021/jo01359a605.
  8. ^ Lawson, A. T.; Collie, N. (1888). "La acción del calor en las sales de tetramethylammonium". J. Chem. Soc., Trans. 53: 1888. doi:10.1039/CT8885300624.
  9. ^ Musker, W. Kenneth. (1964). "A Reinvestigation of the Pyrolysis of Tetramethylammonium Hydroxide". Journal of the American Chemical Society. 86 (5): 960-961. doi:10.1021/ja01059a070.
  10. ^ Stewart, R.; O'Donnell, J. P. (1964). "Sistemas sólidamente básicos: III. La función H_ para varios sistemas solventes". Can. J. Chem. 42 (7): 1681-1693. doi:10.1139/v64-251.
  11. ^ a b Thong, J. T. L.; Choi, W. K.; Chong, C. W. (1997). "TMAH etching of silicon and the interaction of etching parameters". Sensores y actuadores A: Física. 63 (3): 243–249. doi:10.1016/S0924-4247(97)80511-0.
  12. ^ Shadkami, F.; Helleur, R. (2010). "Recientes aplicaciones en termomolisis analítica". J. Anal. Pyrol. 89: 2–16. doi:10.1016/j.jaap.2010.05.007.
  13. ^ Liang, Wensheng; Kho, Teng; Tong, Jingnan; Narangari, Parvathala; Armand, Stephane; Ernst, Marco; Walter, Daniel; Surve, Sachin; Stocks, Matthew; Blakers, Andrew; Fong, Kean Chern (2021-04-01). "Highly reproducible c-Si texturing by metal-free TMAH etchant and monoTEX agent". Solar Energy Materials and Solar Cells. 222: 110909. doi:10.1016/j.solmat.2020.110909. ISSN 0927-0248. S2CID 230573829.
  14. ^ Observe que los estudios de farmacología y toxicología de la TMA se han llevado a cabo normalmente utilizando TMA Halide sales - el ion hidroxido en TMAH es demasiado destructivo hacia el tejido biológico.
  15. ^ Anthoni, U.; Bohlin, L.; Larsen, C.; Nielsen, P.; Nielsen, N. H.; Christophersen, C. (1989). "Tetramina: Occurrencia en organismos marinos y farmacología". Toxicon. 27 (7): 707–716. doi:10.1016/0041-0101(89)90037-8. PMID 2675390.
  16. ^ Bowman, W.C. y Rand, M.J. (1980), "Peripheral Autonomic Cholinergic Mechanisms", en Textbook of Pharmacology Segundo Ed., Blackwell Scientific, Oxford 10.21
  17. ^ Lin, C.C.; et al. (2010). "Intoxicación por hidroxido de tetramethylammonium". Clin. Toxicol. 48 (3): 213–217. doi:10.3109/155636510036277. PMID 20230335. S2CID 3393943.