Kyselina trifluormethansulfonová

Z Wikipedie, otevřené encyklopedie
Skočit na navigaci Skočit na vyhledávání
Kyselina trifluormethansulfonová
Strukturní vzorec

Strukturní vzorec

Tyčinkovo-kuličkový model molekuly

Tyčinkovo-kuličkový model molekuly

Kalotový model molekuly

Kalotový model molekuly

Obecné
Systematický název Kyselina trifluormethansulfonová
Anglický název Trifluoromethanesulfonic acid (systematický název)
Triflic acid
Sumární vzorec CF3SO3H
Vzhled bezbarvá kapalina
Identifikace
Registrační číslo CAS
PubChem
ChEBI
SMILES C(F)(F)(F)S(=O)(=O)O
InChI 1S/CHF3O3S/c2-1(3,4)8(5,6)7/h(H,5,6,7)
Vlastnosti
Molární hmotnost 150,08 g/mol
Teplota tání -40 °C (233 K
Teplota varu 162 °C (439 K)
Disociační konstanta pKa -14,7±2,0
Rozpustnost ve vodě mísitelná
Rozpustnost v polárních
rozpouštědlech
rozpustná v acetonitrilu a kyselině octové
Není-li uvedeno jinak, jsou použity
jednotky SI a STP (25 °C, 100 kPa).
Některá data mohou pocházet z datové položky.

Kyselina trifluormethansulfonová (zkráceně TFMS, TFSA, HOTf nebo TfOH) je sulfonová kyselina, fluorderivát kyseliny methansulfonové. Patří k nejsilnějším známým kyselinám. Tato kyselina se nejčastěji používá ve výzkumu jako katalyzátor esterifikace.[1][2] Jedná se o hygroskopickou bezbarvou kapalinu rozpustnou v polárních rozpouštědlech.

Výroba[editovat | editovat zdroj]

Kyselina trifluormethansulfonová se průmyslově vyrábí elektrochemickou fluorací kyseliny methansulfonové:

2 CH3SO3H + 8 HF → 2 CF3SO2F + 2 H2O + 3 H2

a následnou hydrolýzou vzniklého CF3SO2F. Dalším možným způsobem je oxidace trifluormethylsulfenylchloridu:[3]

CF3SCl + 2 Cl2 + 3 H2O → CF3SO3H + 5 HCl

Kyselina vzniklá jedním z těchto způsobů se poté přečišťuje převedením na anhydrid, destilací a opětovnou přeměnou anhydridu na kyselinu.[2]

Historický způsob výroby[editovat | editovat zdroj]

Kyselina trifluormethansulfonová byla poprvé syntetizována Robertem Haszeldinem a J.M. Kiddem v roce 1954, a to následující reakcí:[4]

Synthesis Trifluoromethanesulfonic acid 1.svg

Použití a reakce[editovat | editovat zdroj]

Jako kyselina[editovat | editovat zdroj]

V laboratoři se využívá skutečnosti, že TfOH je dobrým protonačním činidlem, jelikož její konjugovaná zásada není nukleofilní. Také se používá při nevodných acidobazických titracích, protože se chová jako silná kyselina v mnoha rozpouštědlech (například acetonitrilu, kyselině octové atd.), v nichž jsou běžné minerální kyseliny (jako například HCl a H2SO4) pouze středně silné nebo slabé.

Vzhledem k hodnotě Ka (disociační konstanty) 5×1014, pKa = −14,7±2,0,[5] se tato kyselina řadí mezi superkyseliny. Má řadu užitečných vlastností jako jsou značná chemická a teplotní stabilita. Jak samotná kyselina, tak i její konjugovaná zásada CF3SO 
3
 , známá jako triflát, jsou odolné vůči oxidačním a redoxním reakcím, zatímco má většina silných kyselin, jako kyselina chlorečná a kyselina dusičná, oxidující účinky. Rovněž nezpůsobuje sulfonaci substrátů, což může být problém při použití kyseliny sírové, fluorsírové či chlorsulfonové. Níže je uvedena typická sulfonace, která u HOTf neprobíhá:

C6H6 + H2SO4 → C6H5(SO3H) + H2O

Výpary kyseliny trifluormethansulfonové na vlhkém vzduchu vytvářejí stabilní pevný monohydrát, CF3SO3H·H2O, jehož teplota tání činí 34 °C.

Tvorba solí a komplexů[editovat | editovat zdroj]

Triflátový ligand je, v souladu se svou nízkou zásaditostí, nestabilní. Kyselina trifluormethansulfonová reaguje exotermněuhličitany, hydroxidy a oxidy kovů. Příkladem může být příprava Cu(OTf)2.[6]

CuCO3 + 2 CF3SO3H → Cu(O3SCF3)2 + H2O + CO2

Chloridové ligandy se dají převést na odpovídající trifláty:

3 CF3SO3H + [Co(NH3)5Cl]Cl2 → [Co(NH3)5O3SCF3](O3SCF3)2 + 3 HCl

Tato přeměna probíhá v čisté HOTf při 100 °C a je následována vysrážením soli po přídavku etheru.

V organické chemii[editovat | editovat zdroj]

Kyselina trifluormethansulfonová reaguje s acylhalogenidy za vzniku smíšených triflátových anhydridů, které jsou silnými acylačními činidly, používanými například při Friedel-Craftsově acylaci:

CH3C(O)Cl + CF3SO3H → CH3C(O)OSO2CF3 + HCl
CH3C(O)OSO2CF3 + C6H6 → CH3C(O)C6H5 + CF3SO3H

HOTf katalyzuje reakci aromatických sloučenin se sulfonylchloridy, pravděpodobně přes meziprodukt v podobě smíšeného anhydridu se sulfonovou kyselinou.

Kyselina trifluormethansulfonová podporuje další podobné reakce, například krakování alkanů a alkylaci alkenů, které jsou důležité v petrochemickém průmyslu. Katalyzátory tvořené deriváty kyseliny trifluormethansulfonové jsou velmi účinné při izomerizaci nerozvětvených či málo rozvětvených řetězců uhlovodíků, čímž se zvyšuje oktanové číslo příslušného paliva.

Kyselina trifluormethansulfonová exotermně reaguje s alkoholy za vzniku etherů a alkenů.

Kondenzační reakce kyseliny trifluormethansulfonové

Ostatní[editovat | editovat zdroj]

Dehydratací TfOH vznikne její anhydrid, triflylanhydrid (CF3SO2)2O.

Bezpečnost[editovat | editovat zdroj]

Kyselina trifluormethansulfonová je jednou z nejsilnějších známých kyselin. Dotyk s kůží může způsobit vážná poranění s opožděným poškozením tkáně. Vdechnutí výparů této kyseliny způsobuje křeče, záněty a otoky.[7]

Přidání TfOH do polárních rozpouštědel může být až nebezpečně exotermní.

Reference[editovat | editovat zdroj]

V tomto článku byl použit překlad textu z článku Triflic acid na anglické Wikipedii.

  1. Howells, R. D., McCown, J. D. Trifluoromethanesulfonic Acid and Derivatives. Chemical Reviews. 1977, s. 69–92. DOI:10.1021/cr60305a005. (anglicky) 
  2. a b SUBRAMANIAN, L. R.; MARTINEZ, A. G.; HANACK, M.; PRAKASH, G. K. S.; HU, J. Encyclopedia of Reagents for Organic Synthesis. Trifluoromethanesulfonic Acid. [s.l.]: John Wiley & Sons, 2006. ISBN 0-471-93623-5. DOI:10.1002/047084289X.rt246.pub2. (anglicky) 
  3. Siegemund, G.; SCHWERTFEGER, W.; FEIRING, A.; SMART, B.; BEHR, F.; VOGEL, H.; MCKUSICK, B. Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. Fluorine Compounds, Organic. [s.l.]: John Wiley & Sons, 2000. DOI:10.1002/14356007.a11_349. (anglicky) 
  4. Haszeldine, R. N.; KIDD, J. M. Perfluoroalkyl derivatives of sulphur. Part I. Trifluoromethanesulphonic acid. Journal of the Chemical Society. 1954, s. 4228–4232. DOI:10.1039/JR9540004228. (anglicky) 
  5. Trummal, A.; Lipping, L.; Kaljurand, I.; Koppel, I. A.; Leito, I. "Acidity of Strong Acids in Water and Dimethyl Sulfoxide" J. Phys. Chem. A. 2016, 120, 3663-3669. DOI:10.1021/acs.jpca.6b02253
  6. Dixon, N. E.; LAWRANCE, G. A.; LAY, P. A.; SARGESON, A. M.; TAUBE, H. Trifluoromethanesulfonates and trifluoromethanesulfonato-O complexes. Inorganic Syntheses. 1990, s. 70–76. ISBN 978-0-470-13259-3. DOI:10.1002/9780470132593.ch16. (anglicky) 
  7. Trifluoromethanesulfonic acid MSDS [online]. ChemCAS. Dostupné online. (anglicky)