有机硅化学是一门研究有机硅化合物的合成、结构、性能和用途的新兴科学,它是除含C、N、O、P有机化合物以外研究最多的一种化合物。随着材料科学研究的不断深入与拓宽,有机硅工业迅猛发展,现已形成各式产品数千种,年产50多万吨,产值数十亿的大规模工业。目前,有机硅材料作为一类性能优异的新型合成材料,广泛应用于航空航天、电子电气、纺织、轻工、建筑、机械、医疗、食品、运输等各工业部门,已成为化工新材料中发展最快的品种之一。硅烷偶联剂不仅是制备硅油、硅橡胶、硅树脂的基本原料,几种基本单体可生产出上千种有机硅产品,而且其本身就获得了广泛应用。合成有硅烷偶联剂的重要反应-硅氢加成反应是有机硅化学中应用最广、研究最多的一个反应。目前工业上广泛使用的催化体系为铂的配合物和负载体,但存在两个主要的缺点:一是催化剂的使用量大,成本难以控制。二是不饱和键上连接有强吸电子基团时不能进行有效的硅氢加成。本论文合成了新型的Karstedt催化剂——Pt-1,3,5,7-四甲基-1,3,5,7-四乙烯基环四硅氧烷催化剂,并利用此催化剂进行了几种重要的烯丙基、环氧基硅烷偶联剂的合成研究,并对合成工艺进行了优化。研究发现这种新型的Karstedt催化剂具有催化活性高、选择性强、催化剂使用量低等显著特征,具有非常高的工业应用价值。本论文还使用了新的两步法工艺合成了重要有机硅单体γ-氯丙基三甲氧基硅烷,其中创造性使用的三氯化钌+助催化剂体系使目标产物得率达到了96%,超过以往文献报道,现已进入工业开发阶段。主要研究结果如下:1.氮气保护下,用氯铂酸、四甲基四乙烯基硅氧烷、碳酸氢钠、异丙醇作为原料,在不同的条件下合成了一种新型的Karstedt催化剂。讨论了不同量的四甲基四乙烯基硅氧烷和碳酸氢钠以及反应温度对催化剂铂收率及表观稳定性的影响。通过氯丙烯和三氯氢硅的硅氢加成实验,评价了催化剂在不同用量下的催化活性,并和常用的均相催化剂作了比较。发现在催化剂浓度2.5-50ppm下自制的催化剂均表现出良好的催化活性,比常用的均相催化剂效果要好的多。2.优化了使用甲基二氯硅烷两步法合成γ-氯丙基甲基二甲氧基硅烷的工艺。使用自制的新型Karstedt催化剂,在优化的条件下,第一步收率高达85%,第二步收率95%,远高于以往文献报道,现已推广至工业生产。将Pt-1,3,5,7-四甲基-1,3,5,7-四乙烯基环四硅氧烷催化剂用于催化合成γ-氯丙基甲基二氯硅烷,该催化剂表现出了优异的催化活性。助催化剂的催化活性从低到高依次为:N,N-二甲基苯胺＜N,N-二甲基甲酰胺＜异辛醇＜乙二胺＜三乙胺＜三苯基膦＜聚乙二醇＜C₁₂H₂₄Si₄O₄。使用Pt-C₁₂H₂₄Si₄O₄催化剂,并通过试验优选出该反应的最佳工艺条件,其反应时间大大缩短,产率高达85%。醇解合成γ-氯丙基甲基二甲氧基硅烷的阶段,选用单塔连续醇解工艺,显著优于间歇醇解工艺。γ-氯丙基甲基二甲氧基硅烷的产率从高到低依次为:连续醇解＞使用复合溶剂的间歇醇解＞使用单溶剂的间歇醇解＞未使用溶剂的间歇醇解。选用单塔连续醇解工艺,控制醇解温度120℃～140℃,负压压力是-0.04MPa,产率高达95%,远高于以往文献报道。3.使用Pt-1,3,5,7-四甲基-1,3,5,7-四乙烯基环四硅氧烷催化剂成功合成了国内尚无生产的重要双官能团硅烷偶联剂:γ-环氧丙氧基丙基甲基二乙氧基硅烷。在第一步醇解合成甲基二乙氧基硅烷的阶段,探讨了乙醇滴加速度、溶剂、反应温度对醇解工艺的影响。在使用正戊烷+二甲苯混合溶剂、反应温度50-60℃条件下,合理控制滴加速度,甲基二乙氧基硅烷的产率能达到84.3%。第二步硅氢加成合成γ-环氧丙氧基丙基甲基二乙氧基硅烷的阶段,自制的Pt-1,3,5,7-四甲基-1,3,5,7-四乙烯基环四硅氧烷催化剂同样表现出了优异的催化活性。使用Pt-C₁₂H₂₄Si₄O₄为催化剂,其用量为5.0×10^-7mol,n（A G E）:n（Me（OEt）₂ SiH）为1.05:1,反应温度为55～75℃条件下,γ-环氧丙氧基丙基甲基二乙氧基硅烷的纯度是97%,产率为84.8%,高于国外专利报道。4.使用新工艺一步法合成了重要有机硅单体γ-氯丙基三甲氧基硅烷。考察了氯铂酸、氯铱酸和三氯化钌三种主催化剂、以及聚乙二醇、苯乙酮、N,N-二甲基甲酰胺等10种助催化剂对三甲氧基硅烷和氯丙烯硅氢加成反应的催化活性,发现三氯化钌-苯乙酮催化体系拥有最高的催化活性和选择性。使用该催化体系在三甲氧基硅烷对氯丙烯的摩尔比为1.4:1、反应温度为80℃的优选条件下,反应得率达到96%以上。与传统工艺相比,原料成本较低,反应产率高,催化剂成本低廉、反应条件温和,且环境友好,更适合使用此工艺工业化生产。