Трифлуорометансулфонска киселина

Трифлуорометансулфонска киселина

Трифличната киселина, краткото име за трифлуорометансулфонска киселина, TFMS, TFSA, HOTf или TfOH, е сулфонска киселина со хемиска формула CF ₃ SO ₃ H. Таа е една од најсилните познати киселини. Трифличната киселина главно се користи во истражувањето како катализатор за естерификација. Тоа е хигроскопна, безбојна, малку вискозна течност и е растворлива во поларни растворувачи.

Синтеза

Трифлуорометансулфонска киселина може да се произведе индустриски со електрохемиско флуорирање (ECF) на метансулфонска киселина:

$\mathrm{C}\mathrm{H}{\phantom{A}}_3\mathrm{S}\mathrm{O}{\phantom{A}}_3\mathrm{H}+4\mathrm{H}\mathrm{F}⟶\mathrm{C}\mathrm{F}{\phantom{A}}_3\mathrm{S}\mathrm{O}{\phantom{A}}_2\mathrm{F}+\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}+3\mathrm{H}{\phantom{A}}_2$

Добиената CF ₃ SO ₂ F се хидролизира, а добиената трифлатна сол се репротонира. Алтернативно, трифлуорометансулфонска киселина настанува со оксидација на трифлуорометил сулфенил хлорид:

$\mathrm{C}\mathrm{F}{\phantom{A}}_3\mathrm{S}\mathrm{C}\mathrm{l}+2\mathrm{C}\mathrm{l}{\phantom{A}}_2+3\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}⟶\mathrm{C}\mathrm{F}{\phantom{A}}_3\mathrm{S}\mathrm{O}{\phantom{A}}_3\mathrm{H}+5\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{l}$

Трифличната киселина се прочистува со дестилација од трифличен анхидрид.

Историски

Трифлуорометансулфонска киселина за прв пат била синтетизирана во 1954 година од Роберт Хазелдин и Кид со следнава реакција:

Реакции

Како киселина

Во лабораторија, трифличната киселина е корисна во протонациите бидејќи конјугираната база на трифличната киселина е ненуклеофилна. Исто така се користи како кисел титрант при неводена киселинско-базна титрација бидејќи се однесува како силна киселина во многу растворувачи (ацетонитрил, оцетна киселина итн.) каде што вообичаените неоргански киселини (како HCl или _H2SO4 ) се само умерено силна.

Со K _a = 5×10 ¹⁴, p K _a −14,7±2,0, трифличната киселина се квалификува како суперкиселина. Многу од своите корисни својства таа ги должи на големата топлинска и хемиска стабилност. И киселината и нејзината конјугирана база CF ₃ SO −</br> −, познат како трифлат, се спротивставува на реакциите на оксидација/редукција, додека многу силни киселини оксидираат, на пр. перхлорна или азотна киселина. Дополнително, препорачувајќи ја неговата употреба, трифличната киселина не сулфонира супстрати, што може да биде проблем со сулфурна киселина, флуоросулфурната киселина и хлоросулфонската киселина. Подолу е прототипната сулфонација, на која трифличната киселина не се подложува со следнава формула:

$\mathrm{C}{\phantom{A}}_6\mathrm{H}{\phantom{A}}_6+\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{S}\mathrm{O}{\phantom{A}}_4\stackrel{\text{SO3}}{\to }\mathrm{C}{\phantom{A}}_6\mathrm{H}{\phantom{A}}_5(\mathrm{S}\mathrm{O}{\phantom{A}}_3\mathrm{H})+\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}$

Трифличната киселина испарува во влажен воздух и формира стабилен цврст монохидрат, CF ₃ SO ₃ H · H₂O, точка на топење 34 °C.

Сол и формирање на комплекси

Трифлатниот лиганд е лабилен, што ја одразува неговата ниска базичност. Трифлуорометансулфонска киселина реагира егзотермично со метални карбонати, хидроксиди и оксиди. Илустративно е синтезата на Cu(OTf) <sub id="mwbg">2</sub>.

$\mathrm{C}\mathrm{u}{\phantom{A}}_2\mathrm{C}\mathrm{O}{\phantom{A}}_3(\mathrm{O}\mathrm{H}){\phantom{A}}_2+4\mathrm{C}\mathrm{F}{\phantom{A}}_3\mathrm{S}\mathrm{O}{\phantom{A}}_3\mathrm{H}⟶2\mathrm{C}\mathrm{u}(\mathrm{O}{\phantom{A}}_3\mathrm{S}\mathrm{C}\mathrm{F}{\phantom{A}}_3){\phantom{A}}_2+3\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}+\mathrm{C}\mathrm{O}{\phantom{A}}_2$

Хлоридните лиганди може да се претворат во соодветните трифлати:

$3\mathrm{C}\mathrm{F}{\phantom{A}}_3\mathrm{S}\mathrm{O}{\phantom{A}}_3\mathrm{H}+[\mathrm{C}\mathrm{o}(\mathrm{N}\mathrm{H}{\phantom{A}}_3){\phantom{A}}_5\mathrm{C}\mathrm{l}]\mathrm{C}\mathrm{l}{\phantom{A}}_2⟶[\mathrm{C}\mathrm{o}(\mathrm{N}\mathrm{H}{\phantom{A}}_3){\phantom{A}}_5\mathrm{O}{\phantom{A}}_3\mathrm{S}\mathrm{C}\mathrm{F}{\phantom{A}}_3](\mathrm{O}{\phantom{A}}_3\mathrm{S}\mathrm{C}\mathrm{F}{\phantom{A}}_3){\phantom{A}}_2+3\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{l}$

Оваа конверзија се спроведува во уредно HOTf на 100 °C, проследено со таложење на солта при додавање на етер.

Органска хемија

Трифличната киселина реагира со ацил халиди и дава мешани трифлатни анхидриди, кои се силни ацилирачки агенси, на пр. во реакциите на Фридел-Крафтс.

$\mathrm{C}\mathrm{H}{\phantom{A}}_3\mathrm{C}(\mathrm{O})\mathrm{C}\mathrm{l}+\mathrm{C}\mathrm{F}{\phantom{A}}_3\mathrm{S}\mathrm{O}{\phantom{A}}_3\mathrm{H}⟶\mathrm{C}\mathrm{H}{\phantom{A}}_3\mathrm{C}(\mathrm{O})\mathrm{O}\mathrm{S}\mathrm{O}{\phantom{A}}_2\mathrm{C}\mathrm{F}{\phantom{A}}_3+\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{l}$

$\mathrm{C}\mathrm{H}{\phantom{A}}_3\mathrm{C}(\mathrm{O})\mathrm{O}\mathrm{S}\mathrm{O}{\phantom{A}}_2\mathrm{C}\mathrm{F}{\phantom{A}}_3+\mathrm{C}{\phantom{A}}_6\mathrm{H}{\phantom{A}}_6⟶\mathrm{C}\mathrm{H}{\phantom{A}}_3\mathrm{C}(\mathrm{O})\mathrm{C}{\phantom{A}}_6\mathrm{H}{\phantom{A}}_5+\mathrm{C}\mathrm{F}{\phantom{A}}_3\mathrm{S}\mathrm{O}{\phantom{A}}_3\mathrm{H}$

Трифличната киселина ја катализира реакцијата на ароматичните соединенија со сулфонил хлориди, веројатно и преку посредство на мешан анхидрид на сулфонска киселина.

Трифличната киселина промовира други реакции слични на Friedel-Crafts, вклучително и пукање на алкани и алкилација на алкени, кои се многу важни за нафтената индустрија. Овие катализатори со дериват на трифлна киселина се многу ефикасни во изомеризацијата на јаглеводороди со директен ланец или малку разгранети, што може да го зголеми октанскиот рејтинг на одредено гориво базирано на нафта.

Трифличната киселина реагира егзотермично со алкохолите за да произведе етери и олефини.

реакција на кондензација на трифлна киселина

Безбедност

Трифличната киселина е една од најсилните киселини. Контактот со кожата предизвикува сериозни изгореници со одложено уништување на ткивото. При вдишување предизвикува фатални грчеви, воспаление и едем.

Како и сулфурната киселина, трифличната киселина мора полека да се додава во поларните растворувачи за да се спречи топлинско бегство.