Vinylsulfonsäure

Vinylsulfonsäure ist der einfachste Vertreter ungesättigter Sulfonsäuren.^[7] Die aktivierte Doppelbindung bedingt die hohe Reaktivität gegenüber nucleophilen Agentien und die ausgeprägte Polymerisationsneigung, insbesondere bei der Verwendung als Comonomer mit funktionellen Vinyl-^[8] und (Meth)Acrylsäureverbindungen.^[9]

Strukturformel
Allgemeines
Name	Vinylsulfonsäure
Andere Namen	Ethylensulfonsäure
Summenformel	C2H4O3S
Kurzbeschreibung	farblose Flüssigkeit, die sich an der Luft rasch gelb-braun färbt[1]
Externe Identifikatoren/Datenbanken
CAS-Nummer 1184-84-5 EG-Nummer 214-676-1 ECHA-InfoCard 100.013.342 PubChem 62474 ChemSpider 56254 DrugBank DB04359 Wikidata Q2527228
Eigenschaften
Molare Masse	108,12 g·mol−1
Aggregatzustand	flüssig[1]
Dichte	1,392 g·cm−3[2]
Siedepunkt	114–115 °C (0,6 hPa)[3] 128 °C (1,29 hPa)[4]
Brechungsindex	1,4499 (20 °C)[5]
Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung[6] Gefahr H- und P-Sätze H: 290​‐​314 P: ?
Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen (0 °C, 1000 hPa). Brechungsindex: Na-D-Linie, 20 °C

Gewinnung und Darstellung

Vinylsulfonsäure kann durch Dehydratisierung von Isethionsäure mittels Phosphorpentoxid hergestellt werden:^[10]

Vinylsulfonsäure via Isethionsäure

Die Sulfochlorierung von Chlorethan nach Reed, Dehydrohalogenierung zum Vinylsulfonylchlorid und anschließende Hydrolyse des Säurechlorids führt ebenfalls zu Vinylsulfonsäure.

Vinylsulfonsäure durch Reed-Sulfochlorierung

Technisch relevant ist ausschließlich die alkalische Hydrolyse von Carbylsulfat mit anschließendem Ansäuern des entstehenden Natriumvinylsulfonats:^[1]

Vinylsulfonsäure aus Carbylsulfat

Die Reaktion ist mit einer Reaktionsenthalpie von 1.675 kJ/kg stark exotherm und erfordert die exakte Einhaltung von Temperatur und pH-Wert bei der Hydrolyse. Mit Calciumhydroxid als Hydrolysemedium resultiert eine Lösung von Calciumvinylsulfonat, aus der beim Ansäuern mit konz. Schwefelsäure schwerlösliches Calciumsulfat ausfällt und eine farblose Vinylsulfonat-Lösung erhalten wird.

Eigenschaften

Reine Vinylsulfonsäure ist eine farblose, viskose und wasseranziehende Flüssigkeit, die sich an der Luft rasch gelb-braun bis dunkelrot verfärbt.^[11] Reinigung durch Entfärbung mit Aktivkohle und Vakuumdestillation, sowie Stabilisierung der oxidationsempfindlichen Substanz, z. B. mit MEHQ erfordern erheblichen Aufwand, sind aber zur Erzielung hoher Molgewichte bei der (Co)Polymerisation^[11] oder beim Einsatz in Elektronikmaterialien^[12] unerlässlich. Wässrige Vinylsulfonsäure-Lösungen reagieren stark sauer.

Verwendung

An die aktivierte Doppelbindung der Vinylsulfonsäure können leicht Nucleophile addiert werden; so entsteht mit Ammoniak Taurin und mit Methylamin N-Methyltaurin, das als Ausgangsmaterial für die Tensidklasse der Tauride dient. Vinylsulfonsäure wird als reaktionsfähiges Monomer zur Herstellung von stark sauren bzw. anionischen Homo- und Copolymeren eingesetzt, die in der Elektronikindustrie in Photoresists, als leitfähige Polymere und in Polymerelektrolymembranen (PEM) für Brennstoffzellen Verwendung finden. So bildet Polyvinylsulfonsäure transparente Membranen mit hoher Ionenaustauschkapazität und Protonenleitfähigkeit.^[13] Vinylsulfonsäure kann auch auf polymere Träger, wie z. B. Polystyrol gepfropft werden, wobei stark saure Ionenaustauscher erhalten werden, die sich als Katalysatoren für Veresterungen und Friedel-Crafts-Acylierungen eignen.^[14] Wo die Sulfonsäurefunktionalität nicht unbedingt erforderlich ist, wird die wesentlich anwenderfreundlichere alkalisch-wässrige Lösung des Natriumvinylsulfonats eingesetzt, das bei der alkalischen Hydrolyse des Carbylsulfats direkt anfällt.