Топ питань
Часова шкала
Чат
Перспективи
Трифлієва кислота
хімічна сполука З Вікіпедії, вільної енциклопедії
Remove ads
Трифторметансульфонова кислота, скорочена назва: трифлієва кислота, ТФМС, ТФСК або TfOH, є сульфокислотою з хімічною формулою CF3SO3H. Це одна з найсильніших відомих кислот. Трифлієва кислота в основному використовується в дослідженнях як каталізатор етерифікації.[2][3] Це гігроскопічна, безбарвна, злегка в’язка рідина, розчинна в полярних розчинниках.
Remove ads
Синтез
Узагальнити
Перспектива
Трифторметансульфонова кислота виробляється шляхом промислового електрохімічного фторування (ЕХФ) метансульфонової кислоти:
![{\displaystyle {\mathrm {CH} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}\mathrm {SO} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}\mathrm {H} {}+{}4\,\mathrm {HF} {}\mathrel {\longrightarrow } {}\mathrm {CF} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}\mathrm {SO} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {F} {}+{}\mathrm {H} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {O} {}+{}3\,\mathrm {H} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}}}](http://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/bc92bf085f344d70ad6ed03011c80a4380638a5c)
Отримана CF3SO2F гідролізується, а отримана трифлатна сіль репротонується. Альтернативою трифторметансульфонова кислота утворюється шляхом окислення трифторметилсульфеніл хлориду:[4]
![{\displaystyle {\mathrm {CF} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}\mathrm {SCl} {}+{}2\,\mathrm {Cl} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}{}+{}3\,\mathrm {H} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {O} {}\mathrel {\longrightarrow } {}\mathrm {CF} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}\mathrm {SO} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}\mathrm {H} {}+{}5\,\mathrm {HCl} }}](http://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/2eed16f3b29d49961f44b5a61ac12647c01f29d6)
Трифлієву кислоту очищають методом дистиляції від трифлієвого ангідриду.[3]
Історія
Трифторметансульфонова кислота була вперше синтезована в 1954 році Робертом Хазелдіном і Кіддом за такою реакцією:[5]
Remove ads
Реакції
Узагальнити
Перспектива
Як кислота
У лабораторії, трифлієва кислота корисна для протонування, оскільки сполучена основа трифлієвої кислоти є ненуклеофільною. Вона також використовується як кислотний титрант у неводному кислотно-основному титруванні, оскільки вона є сильною кислотою в багатьох розчинниках (ацетонітрил, оцтова кислота тощо), де звичайні мінеральні кислоти (такі як хлоридна або сірчана кислоти) є лише кислотами середньої сили.
Трифлієва кислота кваліфікується як суперкислота, через те що її Ka дорівнює 5×1014, а pKa = −14,7±2,0. Багатьма своїми корисними властивостями вона зобов'язаний своїй високій термічній і хімічній стійкості. І кислота, і її спряжена основа CF3SO−
3, відома як трифлат, протистоїть реакціям окислення/відновлення, тоді як багато сильних кислот, наприклад перхлоратна або нітратна, є окислювачами. Додатково рекомендуючи її використання, трифлієва кислота не сульфонує субстрати, що може бути проблемою для сірчаної кислоти, фторсульфової кислоти та хлорсульфонової кислоти. Нижче наведено прототип сульфування, якому не піддається трифлієва кислота:
![{\displaystyle {\mathrm {C} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{6}}\mathrm {H} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{6}}{}+{}\mathrm {H} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {SO} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{4}}{}\mathrel {\xrightarrow {\mathrm {SO} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}} } {}\mathrm {C} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{6}}\mathrm {H} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{5}}(\mathrm {SO} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}\mathrm {H} ){}+{}\mathrm {H} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {O} }}](http://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/0171ff1338e1974d73935d46ca6110c9ad3f5c27)
Трифлієва кислота випаровується у вологому повітрі та утворює стійкий твердий моногідрат CF3SO3H·H2O, температура плавлення якого 34 °C.
Солеутворення та комплексоутворення
Трифлатний ліганд є лабільним, що відображає його низьку основність. Трифторметансульфонова кислота реагує екзотермічно з карбонатами, гідроксидами та оксидами металів. Прикладом є синтез трифлату міді (II) (Cu(OTf)2).[6]
![{\displaystyle {\mathrm {Cu} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {CO} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}(\mathrm {OH} ){\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}{}+{}4\,\mathrm {CF} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}\mathrm {SO} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}\mathrm {H} {}\mathrel {\longrightarrow } {}2\,\mathrm {Cu} (\mathrm {O} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}\mathrm {SCF} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}){\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}{}+{}3\,\mathrm {H} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {O} {}+{}\mathrm {CO} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}}}](http://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/dcf913a72c8127ae1a3004c230a79cf696de2cf9)
Хлоридні ліганди можна перетворити на відповідні трифлати:
![{\displaystyle {3\,\mathrm {CF} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}\mathrm {SO} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}\mathrm {H} {}+{}[\mathrm {Co} (\mathrm {NH} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}){\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{5}}\mathrm {Cl} ]\mathrm {Cl} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}{}\mathrel {\longrightarrow } {}[\mathrm {Co} (\mathrm {NH} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}){\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{5}}\mathrm {O} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}\mathrm {SCF} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}](\mathrm {O} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}\mathrm {SCF} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}){\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}{}+{}3\,\mathrm {HCl} }}](http://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/16bc6679aa18a720c03cd65ce7033a8da12409f1)
Це перетворення відбувається у чистому розчині трифлієвої кислоти при 100 °C, з наступним осадженням солі при додаванні ефіру.
Органічна хімія
Трифлієва кислота реагує з ацилгалогенідами з утворенням змішаних трифлатних ангідридів, які є сильними ацилюючими агентами, наприклад, у реакціях Фріделя–Крафтса.
![{\displaystyle {\mathrm {CH} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}\mathrm {C} (\mathrm {O} )\mathrm {Cl} {}+{}\mathrm {CF} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}\mathrm {SO} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}\mathrm {H} {}\mathrel {\longrightarrow } {}\mathrm {CH} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}\mathrm {C} (\mathrm {O} )\mathrm {OSO} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {CF} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}{}+{}\mathrm {HCl} }}](http://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/38d67cf055e21c75534f166c5824e701cfecc98f)
![{\displaystyle {\mathrm {CH} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}\mathrm {C} (\mathrm {O} )\mathrm {OSO} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {CF} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}{}+{}\mathrm {C} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{6}}\mathrm {H} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{6}}{}\mathrel {\longrightarrow } {}\mathrm {CH} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}\mathrm {C} (\mathrm {O} )\mathrm {C} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{6}}\mathrm {H} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{5}}{}+{}\mathrm {CF} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}\mathrm {SO} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}\mathrm {H} }}](http://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/dbbc42d85d362198e116d60111703fe95708feb8)
Трифлієва кислота каталізує реакцію ароматичних сполук із сульфоніл хлоридами, ймовірно, також через посередництво змішаного ангідриду сульфонової кислоти.
Трифлієва кислота сприяє іншим реакціям Фріделя-Крафтса, включаючи крекінг алканів і алкілування алкенів, які є дуже важливими для нафтової промисловості. Ці каталізатори, похідні трифлієвої кислоти, дуже ефективні в ізомеризації вуглеводнів з прямим ланцюгом або злегка розгалуженим ланцюгом, що може підвищити октанове число конкретного палива на основі нафти.
Трифлієва кислота реагує екзотермічно зі спиртами з утворенням простих ефірів і олефінів.
Дегідратація дає ангідрид кислоти, трифторметансульфоновий ангідрид, (CF3SO2)2O.
Remove ads
Безпека
Трифлієва кислота є однією з найсильніших кислот. Контакт зі шкірою викликає сильні опіки з уповільненим руйнуванням тканин. При вдиханні вона викликає смертельні спазми, запалення та набряк.[7]
Подібно до сірчаної кислоти, трифлієву кислоту необхідно повільно додавати до полярних розчинників, щоб запобігти термічному витоку.
Список літератури
Wikiwand - on
Seamless Wikipedia browsing. On steroids.
Remove ads