Kyselina trifluormethansulfonová

Kyselina trifluormethansulfonová
Strukturní vzorec
Tyčinkovo-kuličkový 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	1493-13-6
PubChem	62406
ChEBI	48511
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
Bezpečnost
GHS05 GHS07 [1] Nebezpečí[1]
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.^[2][3] Jedná se o hygroskopickou bezbarvou kapalinu rozpustnou v polárních rozpouštědlech.

Výroba

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:^[4]

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.^[3]

Historický způsob výroby

Kyselina trifluormethansulfonová byla poprvé syntetizována Robertem Haszeldinem a J.M. Kiddem v roce 1954, a to následující reakcí:^[5]

Použití a reakce

Jako kyselina

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 K_a (disociační konstanty) 5×10¹⁴, pK_a = −14,7±2,0,^[6] 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

Triflátový ligand je, v souladu se svou nízkou zásaditostí, nestabilní. Kyselina trifluormethansulfonová reaguje exotermně s uhličitany, hydroxidy a oxidy kovů. Příkladem může být příprava Cu(OTf)₂.^[7]

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

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.

Ostatní

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

Bezpečnost

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.^[8]

Přidání TfOH do polárních rozpouštědel může být až nebezpečně exotermní.

Reference

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

Externí odkazy

• Obrázky, zvuky či videa k tématu kyselina trifluormethansulfonová na Wikimedia Commons

Zdroj