Трифторметансульфонова кислота, скорочена назва: трифлієва кислота, ТФМС, ТФСК або TfOH, є сульфокислотою з хімічною формулою CF3SO3H. Це одна з найсильніших відомих кислот. Трифлієва кислота в основному використовується в дослідженнях як каталізатор етерифікації. Це гігроскопічна, безбарвна, злегка в’язка рідина, розчинна в полярних розчинниках.
Трифлієва кислота | |
---|---|
Трифторметансульфонова кислота | |
Назва за IUPAC | Трифторметансульфонова кислота |
Інші назви | Трифлієва кислота, ТФМС, ТФСК |
Ідентифікатори | |
Номер CAS | 1493-13-6 |
PubChem | 62406 |
Номер EINECS | 216-087-5 |
ChEBI | 48511 |
SMILES | C(F)(F)(F)S(=O)(=O)O |
InChI | 1/CHF3O3S/c2-1(3,4)8(5,6)7/h(H,5,6,7) |
Номер Бельштейна | 1812100 |
Номер Гмеліна | 2805 |
Властивості | |
Молекулярна формула | CF3SO3H |
Молярна маса | 150.07121 г/моль |
Зовнішній вигляд | Безбарвна рідина |
Густина | 1.696 г/мЛ |
Тпл | −40°C |
Розчинність (вода) | 1600 г/Л |
Тиск насиченої пари | 3.2 |
Кислотність (pKa) | −14.7±2.0 |
В'язкість | 1,864–1,881 мм2/с при 20°C |
Небезпеки | |
ГГС піктограми | |
Головні небезпеки | Викликає сильні хімічні опіки |
NFPA 704 | 0 4 2 |
Якщо не зазначено інше, дані наведено для речовин у стандартному стані (за 25 °C, 100 кПа) | |
Примітки картки |
Синтез
Трифторметансульфонова кислота виробляється шляхом промислового (ЕХФ) :
Отримана CF3SO2F гідролізується, а отримана трифлатна сіль репротонується. Альтернативою трифторметансульфонова кислота утворюється шляхом окислення трифторметил:
Трифлієву кислоту очищають методом дистиляції від .
Історія
Трифторметансульфонова кислота була вперше синтезована в 1954 році і Кіддом за такою реакцією:
Реакції
Як кислота
У лабораторії, трифлієва кислота корисна для протонування, оскільки сполучена основа трифлієвої кислоти є ненуклеофільною. Вона також використовується як кислотний титрант у неводному кислотно-основному титруванні, оскільки вона є сильною кислотою в багатьох розчинниках (ацетонітрил, оцтова кислота тощо), де звичайні мінеральні кислоти (такі як хлоридна або сірчана кислоти) є лише кислотами середньої сили.
Трифлієва кислота кваліфікується як суперкислота, через те що її Ka дорівнює 5×1014, а pKa = −14.7±2.0. Багатьма своїми корисними властивостями вона зобов'язаний своїй високій термічній і хімічній стійкості. І кислота, і її спряжена основа CF3SO−
3, відома як , протистоїть реакціям окислення/відновлення, тоді як багато сильних кислот, наприклад перхлоратна або нітратна, є окислювачами. Додатково рекомендуючи її використання, трифлієва кислота не сульфонує субстрати, що може бути проблемою для сірчаної кислоти, фторсульфової кислоти та хлорсульфонової кислоти. Нижче наведено прототип сульфування, якому не піддається трифлієва кислота:
Трифлієва кислота випаровується у вологому повітрі та утворює стійкий твердий моногідрат CF3SO3H·H2O, температура плавлення якого 34 °C.
Солеутворення та комплексоутворення
Трифлатний ліганд є лабільним, що відображає його низьку основність. Трифторметансульфонова кислота реагує екзотермічно з карбонатами, гідроксидами та оксидами металів. Прикладом є синтез (Cu(OTf)2).
Хлоридні ліганди можна перетворити на відповідні трифлати:
Це перетворення відбувається у чистому розчині трифлієвої кислоти при 100 °C, з наступним осадженням солі при додаванні ефіру.
Органічна хімія
Трифлієва кислота реагує з ацилгалогенідами з утворенням змішаних трифлатних ангідридів, які є сильними ацилюючими агентами, наприклад, у реакціях Фріделя–Крафтса.
Трифлієва кислота каталізує реакцію ароматичних сполук із сульфоніл хлоридами, ймовірно, також через посередництво змішаного ангідриду сульфонової кислоти.
Трифлієва кислота сприяє іншим реакціям Фріделя-Крафтса, включаючи крекінг алканів і алкілування алкенів, які є дуже важливими для нафтової промисловості. Ці каталізатори, похідні трифлієвої кислоти, дуже ефективні в ізомеризації вуглеводнів з прямим ланцюгом або злегка розгалуженим ланцюгом, що може підвищити октанове число конкретного палива на основі нафти.
Трифлієва кислота реагує екзотермічно зі спиртами з утворенням простих ефірів і олефінів.
Дегідратація дає ангідрид кислоти, , (CF3SO2)2O.
Безпека
Трифлієва кислота є однією з найсильніших кислот. Контакт зі шкірою викликає сильні опіки з уповільненим руйнуванням тканин. При вдиханні вона викликає смертельні спазми, запалення та набряк.
Подібно до сірчаної кислоти, трифлієву кислоту необхідно повільно додавати до полярних розчинників, щоб запобігти .
Список літератури
- Trummal, A.; Lipping, L.; Kaljurand, I.; Koppel, I. A.; Leito, I. (2016). Acidity of Strong Acids in Water and Dimethyl Sulfoxide. Journal of Physical Chemistry A. 120 (20): 3663—3669. Bibcode:2016JPCA..120.3663T. doi:10.1021/acs.jpca.6b02253. PMID 27115918. S2CID 29697201.
- Howells, R. D.; McCown, J. D. (1977). Trifluoromethanesulfonic Acid and Derivatives. Chemical Reviews. 77 (1): 69—92. doi:10.1021/cr60305a005.
- Encyclopedia of reagents for organic synthesis. ISBN .
- Siegemund, G.; Schwertfeger, W.; Feiring, A.; Smart, B.; Behr, F.; Vogel, H.; McKusick, B. (2000). Fluorine Compounds, Organic. Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. John Wiley & Sons. doi:10.1002/14356007.a11_349. ISBN .
- Haszeldine, R. N.; Kidd, J. M. (1954). Perfluoroalkyl derivatives of sulphur. Part I. Trifluoromethanesulphonic acid. Journal of the Chemical Society. 1954: 4228—4232. doi:10.1039/JR9540004228.
- Dixon, N. E.; Lawrance, G. A.; Lay, P. A.; Sargeson, A. M.; Taube, H. (1990). Trifluoromethanesulfonates and trifluoromethanesulfonato-O complexes. У Angelici, R. J. (ред.). Reagents for Transition Metal Complex and Organometallic Syntheses. Inorganic Syntheses. Т. 28. с. 70—76. doi:10.1002/9780470132593.ch16. ISBN .
- . ChemCAS. Архів оригіналу за 2 квітня 2015. Процитовано 20 жовтня 2023.
Вікіпедія, Українська, Україна, книга, книги, бібліотека, стаття, читати, завантажити, безкоштовно, безкоштовно завантажити, mp3, відео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, малюнок, музика, пісня, фільм, книга, гра, ігри, мобільний, телефон, android, ios, apple, мобільний телефон, samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Інтернет
Triftormetansulfonova kislota skorochena nazva trifliyeva kislota TFMS TFSK abo TfOH ye sulfokislotoyu z himichnoyu formuloyu CF3SO3H Ce odna z najsilnishih vidomih kislot Trifliyeva kislota v osnovnomu vikoristovuyetsya v doslidzhennyah yak katalizator eterifikaciyi Ce gigroskopichna bezbarvna zlegka v yazka ridina rozchinna v polyarnih rozchinnikah Trifliyeva kislota Triftormetansulfonova kislota Nazva za IUPAC Triftormetansulfonova kislota Inshi nazvi Trifliyeva kislota TFMS TFSK Identifikatori Nomer CAS 1493 13 6PubChem 62406Nomer EINECS 216 087 5ChEBI 48511SMILES C F F F S O O OInChI 1 CHF3O3S c2 1 3 4 8 5 6 7 h H 5 6 7 Nomer Belshtejna 1812100Nomer Gmelina 2805 Vlastivosti Molekulyarna formula CF3SO3H Molyarna masa 150 07121 g mol Zovnishnij viglyad Bezbarvna ridina Gustina 1 696 g mL Tpl 40 C Rozchinnist voda 1600 g L Tisk nasichenoyi pari 3 2 Kislotnist pKa 14 7 2 0 V yazkist 1 864 1 881 mm2 s pri 20 C Nebezpeki GGS piktogrami Golovni nebezpeki Viklikaye silni himichni opiki NFPA 704 0 4 2 Yaksho ne zaznacheno inshe dani navedeno dlya rechovin u standartnomu stani za 25 C 100 kPa Instrukciya z vikoristannya shablonu Primitki kartki Triftormetansulfonova kislotaSintezTriftormetansulfonova kislota viroblyayetsya shlyahom promislovogo EHF CH 3 SO 3 H 4 HF CF 3 SO 2 F H 2 O 3 H 2 displaystyle ce CH3SO3H 4 HF gt CF3SO2F H2O 3 H2 Otrimana CF3SO2F gidrolizuyetsya a otrimana triflatna sil reprotonuyetsya Alternativoyu triftormetansulfonova kislota utvoryuyetsya shlyahom okislennya triftormetil CF 3 SCl 2 Cl 2 3 H 2 O CF 3 SO 3 H 5 HCl displaystyle ce CF3SCl 2 Cl2 3 H2O gt CF3SO3H 5 HCl Trifliyevu kislotu ochishayut metodom distilyaciyi vid Istoriya Triftormetansulfonova kislota bula vpershe sintezovana v 1954 roci i Kiddom za takoyu reakciyeyu ReakciyiYak kislota U laboratoriyi trifliyeva kislota korisna dlya protonuvannya oskilki spoluchena osnova trifliyevoyi kisloti ye nenukleofilnoyu Vona takozh vikoristovuyetsya yak kislotnij titrant u nevodnomu kislotno osnovnomu titruvanni oskilki vona ye silnoyu kislotoyu v bagatoh rozchinnikah acetonitril octova kislota tosho de zvichajni mineralni kisloti taki yak hloridna abo sirchana kisloti ye lishe kislotami serednoyi sili Trifliyeva kislota kvalifikuyetsya yak superkislota cherez te sho yiyi Ka dorivnyuye 5 1014 a pKa 14 7 2 0 Bagatma svoyimi korisnimi vlastivostyami vona zobov yazanij svoyij visokij termichnij i himichnij stijkosti I kislota i yiyi spryazhena osnova CF3SO 3 vidoma yak protistoyit reakciyam okislennya vidnovlennya todi yak bagato silnih kislot napriklad perhloratna abo nitratna ye okislyuvachami Dodatkovo rekomenduyuchi yiyi vikoristannya trifliyeva kislota ne sulfonuye substrati sho mozhe buti problemoyu dlya sirchanoyi kisloti ftorsulfovoyi kisloti ta hlorsulfonovoyi kisloti Nizhche navedeno prototip sulfuvannya yakomu ne piddayetsya trifliyeva kislota C 6 H 6 H 2 SO 4 SO 3 C 6 H 5 SO 3 H H 2 O displaystyle ce C6H6 H2SO4 gt ce SO3 C6H5 SO3H H2O Trifliyeva kislota viparovuyetsya u vologomu povitri ta utvoryuye stijkij tverdij monogidrat CF3SO3H H2O temperatura plavlennya yakogo 34 C Soleutvorennya ta kompleksoutvorennya Triflatnij ligand ye labilnim sho vidobrazhaye jogo nizku osnovnist Triftormetansulfonova kislota reaguye ekzotermichno z karbonatami gidroksidami ta oksidami metaliv Prikladom ye sintez Cu OTf 2 Cu 2 CO 3 OH 2 4 CF 3 SO 3 H 2 Cu O 3 SCF 3 2 3 H 2 O CO 2 displaystyle ce Cu2CO3 OH 2 4 CF3SO3H gt 2 Cu O3SCF3 2 3 H2O CO2 Hloridni ligandi mozhna peretvoriti na vidpovidni triflati 3 CF 3 SO 3 H Co NH 3 5 Cl Cl 2 Co NH 3 5 O 3 SCF 3 O 3 SCF 3 2 3 HCl displaystyle ce 3 CF3SO3H Co NH3 5Cl Cl2 gt Co NH3 5O3SCF3 O3SCF3 2 3 HCl Ce peretvorennya vidbuvayetsya u chistomu rozchini trifliyevoyi kisloti pri 100 C z nastupnim osadzhennyam soli pri dodavanni efiru Organichna himiya Trifliyeva kislota reaguye z acilgalogenidami z utvorennyam zmishanih triflatnih angidridiv yaki ye silnimi acilyuyuchimi agentami napriklad u reakciyah Fridelya Kraftsa CH 3 C O Cl CF 3 SO 3 H CH 3 C O OSO 2 CF 3 HCl displaystyle ce CH3C O Cl CF3SO3H gt CH3C O OSO2CF3 HCl CH 3 C O OSO 2 CF 3 C 6 H 6 CH 3 C O C 6 H 5 CF 3 SO 3 H displaystyle ce CH3C O OSO2CF3 C6H6 gt CH3C O C6H5 CF3SO3H Trifliyeva kislota katalizuye reakciyu aromatichnih spoluk iz sulfonil hloridami jmovirno takozh cherez poserednictvo zmishanogo angidridu sulfonovoyi kisloti Trifliyeva kislota spriyaye inshim reakciyam Fridelya Kraftsa vklyuchayuchi kreking alkaniv i alkiluvannya alkeniv yaki ye duzhe vazhlivimi dlya naftovoyi promislovosti Ci katalizatori pohidni trifliyevoyi kisloti duzhe efektivni v izomerizaciyi vuglevodniv z pryamim lancyugom abo zlegka rozgaluzhenim lancyugom sho mozhe pidvishiti oktanove chislo konkretnogo paliva na osnovi nafti Trifliyeva kislota reaguye ekzotermichno zi spirtami z utvorennyam prostih efiriv i olefiniv reakciya kondensaciyi trifilmovoyi kisloti Degidrataciya daye angidrid kisloti CF3SO2 2O BezpekaTrifliyeva kislota ye odniyeyu z najsilnishih kislot Kontakt zi shkiroyu viklikaye silni opiki z upovilnenim rujnuvannyam tkanin Pri vdihanni vona viklikaye smertelni spazmi zapalennya ta nabryak Podibno do sirchanoyi kisloti trifliyevu kislotu neobhidno povilno dodavati do polyarnih rozchinnikiv shob zapobigti Spisok literaturiTrummal A Lipping L Kaljurand I Koppel I A Leito I 2016 Acidity of Strong Acids in Water and Dimethyl Sulfoxide Journal of Physical Chemistry A 120 20 3663 3669 Bibcode 2016JPCA 120 3663T doi 10 1021 acs jpca 6b02253 PMID 27115918 S2CID 29697201 Howells R D McCown J D 1977 Trifluoromethanesulfonic Acid and Derivatives Chemical Reviews 77 1 69 92 doi 10 1021 cr60305a005 Encyclopedia of reagents for organic synthesis ISBN 0 471 93623 5 Siegemund G Schwertfeger W Feiring A Smart B Behr F Vogel H McKusick B 2000 Fluorine Compounds Organic Ullmann s Encyclopedia of Industrial Chemistry John Wiley amp Sons doi 10 1002 14356007 a11 349 ISBN 3527306730 Haszeldine R N Kidd J M 1954 Perfluoroalkyl derivatives of sulphur Part I Trifluoromethanesulphonic acid Journal of the Chemical Society 1954 4228 4232 doi 10 1039 JR9540004228 Dixon N E Lawrance G A Lay P A Sargeson A M Taube H 1990 Trifluoromethanesulfonates and trifluoromethanesulfonato O complexes U Angelici R J red Reagents for Transition Metal Complex and Organometallic Syntheses Inorganic Syntheses T 28 s 70 76 doi 10 1002 9780470132593 ch16 ISBN 978 0 470 13259 3 ChemCAS Arhiv originalu za 2 kvitnya 2015 Procitovano 20 zhovtnya 2023