Structura acidului sulfonic, nomenclatura, proprietăți, utilizări

Se numeste acid sulfonic orice compus aparținând unei familii de acizi organici care au una sau mai multe grupări -SO₃H. Unii autori indică faptul că compusul părinte este H-S (= O)_Două-OH sau H-SO₃H, numit de unii „acid sulfonic”, cu toate acestea, existența sa nu a fost dovedită, nici cea a tautomerului său HO-S (= O) -OH cunoscut sub numele de „acid sulfuric” (H_DouăSW₃), nici în soluție, nici în stare solidă.

Acesta din urmă se datorează faptului că dioxidul de sulf gazos (IV) (SO_Două) în soluție apoasă este transformat în ioni bisulfit (HSO₃^-) și pirosulfit (S_DouăSAU₅^Două-) și nu H-S (= O)_Două-OH și nici HO-S (= O) -OH, care a fost deja verificat de mulți cercetători chimici.

În formula chimică R-SO₃H de acizi sulfonici, grupa R poate reprezenta schelete de hidrocarburi precum alcan, alchen, alchin și / sau arenă. Acestea pot conține funcționalități secundare precum ester, eter, cetonă, amino, amido, hidroxil, carboxil și grupări fenol, printre multe altele..

Acizii sulfonici sunt acizi puternici, comparabili cu acidul sulfuric (H_DouăSW₄). Cu toate acestea, restul proprietăților sale depind în mare măsură de natura grupului R..

Unii au tendința de desulfonare la temperaturi ridicate. Aceasta înseamnă pierderea grupului -SO₃H, mai ales când R este o arenă, adică cu un inel benzenic.

Acizii sulfonici au multe utilizări în funcție de formula lor chimică. Acestea sunt folosite pentru a produce coloranți, cerneluri, polimeri, detergenți, agenți tensioactivi și ca catalizatori, printre multe alte aplicații..

Indice articol

• 1 Structură
• 2 Nomenclatură
• 3 Proprietăți
• 4 Obținerea
  • 4.1 Acizi arilsulfonici
  • 4.2 Acizi alchilsulfonici
• 5 utilizări
  • 5.1 Acizi sulfonici pentru agenți tensioactivi și detergenți
  • 5.2 Coloranți pe bază de acizi sulfonici
  • 5.3 Amide pe bază de acizi sulfonici
  • 5.4 Acizi sulfonici fluorurați și clorofluorați
  • 5.5 În aplicații biologice
  • 5.6 În industria petrolieră
  • 5.7 În formularea de lubrifianți și anticorozivi
• 6 Referințe

Structura

Acizii sulfonici au următoarea structură generală:

Nomenclatură

- Grupa sulfonil: -SO₃H

- Acid alchil sau arilsulfonic: R-SO₃H

Proprietăți

Sunt solizi sau lichizi în funcție de grupa R. Acizii sulfonici gazoși nu sunt cunoscuți.

Proprietățile lor fizice și chimice depind de natura grupului R. Prin comparație, sunt prezentate unele proprietăți fizice ale diferiților acizi sulfonici, unde p.t. este punctul de topire și de ex. este punctul de fierbere la o presiune de 1 mm Hg:

- Acid metansulfonic: p.t. 20 ° C; de exemplu. 122 ºC

- Acid etansulfonic: p.t. -17 ° C; de exemplu. 123 ºC

- Acid propanesulfonic: p.t. -37 ° C; de exemplu. 159 ºC

- Acid butanesulfonic: p.t. -15 ° C; de exemplu. 149 ºC

- Acid pentanesulfonic: p.t. -16 ° C; de exemplu. 163 ºC

- Acid hexanesulfonic: p.t. 16 ° C; de exemplu. 174 ºC

- Acid benzensulfonic: p.t. 44 ° C; de exemplu. 172 ºC (la 0,1 mm Hg)

- Acid P-toluensulfonic: p.t. 106 ° C; de exemplu. 182 ºC (la 0,1 mm Hg)

- Acid 1-naftalensulfonic: p.t. 78 ° C; de exemplu. Se descompune

- Acid 2-naftalensulfonic: p.t. 91 ° C; de exemplu. Se descompune

- Acid trifluorometansulfonic: p.t. nici unul; de exemplu. 162 ºC (la 760 mm Hg)

Majoritatea sunt foarte solubile în apă.

Acizii sulfonici sunt chiar mai acizi decât acizii carboxilici. Au o aciditate similară cu cea a acidului sulfuric. Se dizolvă în hidroxid de sodiu apos și bicarbonat apos.

Au tendința de a suferi descompuneri termice, provocând desulfonarea lor. Cu toate acestea, câțiva dintre acizii alcansulfonici sunt stabili termic. În special, acidul triflic sau acidul trifluormetansulfonic este unul dintre cei mai puternici și stabili acizi.

Obținerea

Acizi arilsulfonici

Acizii arilsulfonici sunt obținuți în general prin procesul de sulfonare care constă în adăugarea unui exces de acid sulfuric fumant (H_DouăSW₄ + SW₃) la compusul organic pe care dorim să-l sulfonăm. De exemplu, în cazul benzenului:

C₆H₆ + H_DouăSW₄ <-> C₆H₅SW₃H + H_DouăSAU

ArH + H_DouăSW₄ <-> ArSO₃H + H_DouăSAU

Sulfonarea este o reacție reversibilă, deoarece dacă adăugăm acid diluat la acidul benzensulfonic și trecem abur peste amestec, se generează reacția de eliminare a SO.₃ iar benzenul este distilat prin volatilizare cu abur, deplasând echilibrul spre desulfonare.

Agentul de sulfonare poate fi, de asemenea, acid clorosulfuric, acid sulfamic sau ioni sulfit..

Acizi alchilsulfonici

Acestea sunt în general preparate prin sulfo-oxidare, adică prin tratarea compușilor alchilici cu dioxid de sulf SO_Două și oxigenul O_Două, sau direct cu trioxid de sulf SO₃.

RH + 2SO_Două + SAU_Două + H_DouăSAU <--> R-SO₃H + H_DouăSW₄

Aplicații

Acizi sulfonici pentru agenți tensioactivi și detergenți

Acizii alchilbenzensulfonici sunt folosiți la fabricarea detergenților, fiind una dintre cele mai răspândite utilizări.

Se folosește pentru detergenți sub formă de pulbere și lichide, detergenți ușori sau grei, săpunuri pentru mâini și șampon.

Componentele active sunt în general sulfonate de alchilbenzen liniari și esteri grași sulfonați..

Agenții tensioactivi obișnuiți sunt sulfații alfa-olefinici, sulfobetainele, sulfosuccinații și alchil difenileterii disulfonați, care sunt derivați din acizi sulfonici..

Acești surfactanți își găsesc utilizarea în produsele de curățat de uz casnic, cosmetice, polimerizare în emulsie și fabricarea produselor chimice agricole..

Lignosulfonatele sunt derivați sulfonați ai ligninei, o componentă a lemnului și sunt folosiți ca agenți de dispersie, agenți de umectare, lianți în trotuarele drumurilor, amestecuri de beton și aditivi în hrana animalelor..

Un derivat al acidului 2-naftalensulfonic este utilizat pentru a crește fluiditatea și rezistența cimentului..

Coloranți pe bază de acid sulfonic

Acestea sunt în general caracterizate prin conținerea de grupări azoice (R-N = N-R).

Coloranții derivați din acizi sulfonici sunt utili în industria hârtiei, cerneluri precum imprimarea cu jet de cerneală, textile precum bumbacul și lâna, cosmetice, săpunuri, detergenți, alimente și piele..

Un derivat al acidului 2-naftalensulfonic este, de asemenea, utilizat ca ingredient în coloranți pentru fibrele de poliester și pentru tăbăcirea pielii..

Amide pe bază de acid sulfonic

Acizii acrilamidosulfonici se remarcă în această aplicație, care sunt utilizați în polimeri, în electrodepunerea metalelor, ca agenți tensioactivi și în acoperiri transparente anti-ceață..

Ele sunt, de asemenea, utilizate în recuperarea îmbunătățită a uleiului, ca agenți de eliberare a solului, în amestecuri hidraulice de ciment și ca acceleratori de întărire a rășinii aminoplastice..

Unele sulfonamide sunt, de asemenea, utilizate în formulele insecticide.

Acizi sulfonici fluorurați și clorofluorați

În acest grup, acidul trifluormetansulfonic (CF₃SW₃H), numit și acid triflic. Acest compus se aplică în sinteza organică și cataliza reacțiilor de polimerizare.

De exemplu, este utilizat în polimerizarea olefinelor aromatice și în prepararea hidrocarburilor parafinice cu ramificație ridicată, cu un număr octanic ridicat pentru utilizare ca aditivi pentru combustibil..

O altă aplicație a sa este în sinteza polimerilor conductivi, prin dopajul poliacetilenei, producând de exemplu semiconductori de tip p.

Acid pentafluoroetanosulfonic (CF₃CF_DouăSW₃H), cunoscut sub numele de acid pentafilic, este utilizat ca catalizator organic.

Acidul triflic reacționează cu pentafluorură de antimoniu (SbF₅) generând așa-numitul "acid magic", un catalizator superacid care servește pentru alchilare și polimerizare.

Nafion-H este o rășină schimbătoare de ioni a unui acid sulfonic polimeric perfluorurat. Are caracteristica de a fi inert față de acizi puternici, baze puternice și agenți reducători sau oxidanți..

În aplicațiile biologice

Unul dintre puținii acizi sulfonici găsiți în natură este acidul 2-aminoetansulfonic, mai cunoscut sub numele de taurină, un aminoacid esențial în special pentru pisici.

Taurina sintetică și naturală este utilizată ca suplimente în hrana pentru animale de companie și în produsele farmaceutice..

Acidul taurolic este o componentă a bilei și participă la digestia grăsimilor. Acidul 8-anilino-1-naftalensulfonic, un compus sintetic, este utilizat în studiul proteinelor.

Copolimerii ureei și ai acidului bifenildisulfonic au fost folosiți ca inhibitori ai virusului herpes simplex.

Unii derivați ai acizilor sulfonici, cum ar fi polistirenul sulfonat și unii compuși azoici, au prezentat proprietăți inhibitoare ale virusului imunodeficienței umane sau HIV, fără a fi excesiv de toxici împotriva celulelor gazdă..

În industria petrolieră

Anumite amestecuri de derivați ai petrolului, care includ o combinație variată de aromatici, parafine și aromatici polinucleari, pot fi sulfonate și apoi neutralizate corespunzător generând așa-numiții sulfonati de petrol..

Acești sulfați de petrol au proprietatea de a reduce tensiunea superficială a petrolului în apă. În plus, producția sa este foarte scăzută.

Din acest motiv, sulfații de petrol sunt injectați în puțurile de petrol existente, ajutând la recuperarea țițeiului care este prins între roci sub suprafață.

În formularea de lubrifianți și anticorozivi

Sulfonații de magneziu sunt folosiți pe scară largă în formulările de lubrifianți ca aditivi detergenți-dispersanți și pentru a preveni uzura..

Sulfonații de bariu sunt folosiți în lubrifianții cu rulmenți antifricțiune folosiți în aplicații de mare viteză. Sulfonații de sodiu și calciu se aplică în lubrifianți și unsoare pentru angrenaje pentru a îmbunătăți proprietățile de presiune extremă.

Sărurile de magneziu ale acizilor sulfonici sunt, de asemenea, utile în aplicații anticorozive precum acoperiri, grăsimi și rășini..

Referințe

1. Falk, Michael și Giguere, Paul A. (1958). Despre natura acidului sulfuros. Canadian Journal of Chemistry, Vol. 36, 1958. Recuperat de la nrcresearchpress.com
2. Betts, R.H. și Voss, R.H. (1970). Cinetica schimbului de oxigen între ionul sulfit și apă. Canadian Journal of Chemistry, Vol. 48, 1970. Recuperat de la nrcresearchpress.com
3. Bumbac, F.A. și Wilkinson, G. (1980). Chimie anorganică avansată. A patra editie. Capitolul 16. John Wiley & Sons.
4. Kirk-Othmer (1994). Enciclopedia Tehnologiei Chimice. Volumul 23. Ediția a patra. John Wiley & Sons.
5. Kosswig, Kurt. (2012). Surfactanți. Enciclopedia Ullmann de chimie industrială Vol. 35. Wiley-VCH Verlag GmbH & Co.