Ácido sulfónico, Preparación, Propiedades, Aplicaciones, Reacciones, Las preocupaciones ambientales





Un ácido sulfónico se refiere a un miembro de la clase de compuestos orgánicos de azufre con la fórmula general RS2-OH, donde R es un grupo alquilo o arilo orgánico y el grupo-OH S2 un hidróxido de sulfonilo. Un ácido sulfónico puede ser pensado como ácido sulfúrico con un grupo hidroxilo sustituido por un sustituyente orgánico. El compuesto precursor es el ácido sulfuroso compuesto hipotético. Sales o ésteres de ácidos sulfónicos se llaman sulfonatos.

Preparación

Ácido sulfónico se produce por el proceso de sulfonación. Por lo general, el agente de sulfonación es trióxido de azufre. Una aplicación particularmente importante de este método es la producción de ácidos alquilbencenosulfónicos:

 RC6H5 SO3? RC6H4SO3H

En esta reacción, el trióxido de azufre es un electrófilo y el areno se somete a la sustitución aromática electrofílica.

Los tioles se pueden oxidar a los ácidos sulfónicos:

 RSH 3/2 O2? RSO3H

Ciertos ácidos sulfónicos, tales como ácido perfluorooctanosulfónico se preparan por fluoración electrófila de ácidos sulfónicos preformados. La conversión neta se puede representar simplista:

 C8H17SO3H 17 F2? C8F17SO3H 17 HF

Propiedades

Los ácidos sulfónicos son ácidos más fuertes que los ácidos carboxílicos correspondientes. ácido p-toluenosulfónico, con un pKa de -2,8, es de aproximadamente un millón de veces ácido más fuerte que el ácido benzoico, con un pKa de 4,2 - Del mismo modo, el ácido metanosulfónico, pKa = -1,9, es también ácido aproximadamente un millón de veces más fuerte que el ácido acético . Debido a su polaridad, ácidos sulfónicos tienden a ser sólidos cristalinos. También son generalmente incoloro y no oxidante, que es conveniente. Debido a su alta acidez, ácidos sulfónicos suelen ser solubles en agua o detergente exhiben propiedades similares.

La estructura de los ácidos sulfónicos se ilustra por el prototipo, el ácido metanosulfónico. El grupo de ácido sulfónico, RSO2OH cuenta con un centro de azufre tetraédrica, lo que significa que el azufre está en el centro de cuatro átomos: tres oxígenos y uno de carbono. La geometría general del centro de azufre es una reminiscencia de la forma de ácido sulfúrico.

  • Representativos ácidos sulfónicos y derivados.
  • La taurina, un ácido biliar, y uno de los pocos ácidos sulfónicos de origen natural.

  • PFOS, un agente tensioactivo y un contaminante controvertido.

  • Ácido toluenosulfónico, un reactivo ampliamente utilizado en la síntesis orgánica.

  • Nafion ®, un ácido sulfónico polimérico útil en las células de combustible.

  • Dodecilbencenosulfonato de sodio, un tensioactivo de tipo alquilbenceno sulfonato utilizados en los detergentes de lavandería.

Aplicaciones

Aunque se conocen tanto los ácidos alquil y aril sulfónicos, la mayoría de las aplicaciones se asocian con los derivados aromáticos.

Detergentes y agentes tensioactivos

Detergentes y agentes tensioactivos son moléculas que combinan grupos altamente polares y altamente polar. Tradicionalmente, los jabones son los tensioactivos populares, siendo derivados a partir de ácidos grasos. Desde mediados del siglo 20, el uso de ácidos sulfónicos ha superado el jabón en las sociedades avanzadas. Por ejemplo, un estimado de 2 millones de kilogramos de alquilbencenosulfonatos se producen anualmente para diversos fines. Sulfonatos de lignina, producidos por sulfonación de la lignina son componentes de los fluidos de perforación y aditivos en ciertos tipos de hormigón.

Colorantes

Muchos, si no la mayoría de los tintes antraquinona se producen o procesan a través de sulfonación. Los ácidos sulfónicos tienden a unirse fuertemente a las proteínas e hidratos de carbono. La mayoría de los colorantes lavables "" son ácidos sulfónicos por esta razón. ácido p-Cresidinesulfonic se utiliza para hacer los colorantes de alimentos.

Los catalizadores ácidos

Siendo los ácidos fuertes, ácidos sulfónicos también se utilizan como catalizadores. Los ejemplos más simples son el ácido metanosulfónico, CH3SO2OH y ácido p-tolueno-sulfónico, que se utilizan regularmente en la química orgánica como ácidos que son lipófilos. Ácidos sulfónicos poliméricos también son útiles. Resina Dowex son derivados de ácido sulfónico de poliestireno y se utiliza como catalizadores y para el intercambio de iones. Nafion ®, un ácido sulfónico polimérico fluorado es un componente de las membranas de intercambio de protones en pilas de combustible.

Drogas

Antibacterianos sulfamidas son producidos a partir de ácidos sulfónicos.

Reacciones

La esterificación

Los ácidos sulfónicos se pueden convertir en ésteres. Esta clase de compuestos orgánicos tiene la fórmula general R-SO2-O. Ésteres sulfónicos tales como triflato de metilo se consideran buenos agentes alquilantes en la síntesis orgánica. Tales ésteres de sulfonato se preparan a menudo por alcoholisis de los cloruros de sulfonilo:

 RSO2Cl R'OH? RSO2OR ' HCl

Cloración

Grupos haluro de sulfonilo se producen cuando un grupo funcional sulfonilo está unido individualmente a un átomo de halógeno. Tienen la fórmula general R-SO2-X, donde X es un haluro, cloruro de casi invariablemente. Se producen por la cloración de ácidos sulfónicos utilizando cloruro de tionilo y reactivos relacionados.

Desplazamiento

Aunque el enlace C-SO3H es fuerte, el enlace C-SO3 puede ser escindido por ciertos nucleófilos. De importancia histórica y continua es la sulfonación de un-antraquinona seguido por el desplazamiento del grupo sulfonato por otros nucleófilos, que no pueden ser instalados directamente. Un método para la producción de fenol temprana implicó la hidrólisis básica de bencenosulfonato de sodio, que puede generarse fácilmente a partir de benceno.

  2 NaOH C6H5SO3Na? C6H5ONa Na2SO3 H2O

Las preocupaciones ambientales

Derivados de ácidos sulfónicos son generalmente no derivan a partir de precursores naturales y tienden a biodegradarse lentamente. Algunos, como el ácido sulfónico de perfluorooctano, se han detectado en el suero de los humanos. Esto no debería ser sorprendente, ya que todos los compuestos orgánicos de flúor tienen una estabilidad extrema y baja a cero biodegradabilidad. Muchos están diseñados para resistir las condiciones más duras químicos, por ejemplo teflón. Los ácidos sulfónicos fluorados tienden a tener bajas toxicidades.