Сульфокислоты

Файл:Сульфокислоты.png

Сульфокислоты (сульфоновые кислоты) — органические соединения общей формулы RSOШаблон:SubH или R-SO₂OH, где R — органический радикал. Сульфокислоты рассматриваются как органические соединения, замещенные по углероду сульфогруппой -SO₃H .

Номенклатура

Название сульфокислот образуется из названия соответствующего углеводорода и окончания «сульфокислота», например, CHШаблон:SubSOШаблон:SubH — метансульфокислота, CШаблон:SubHШаблон:SubSOШаблон:SubH — бензолсульфокислота. При наличии в веществе другой, более приоритетной функциональной группы, к названию основного вещества прибавляется префикс «сульфо», например, п-сульфобензойная кислота.

Свойства

Файл:Строение сульфонат-иона.png

Строение сульфонат-иона

Сульфогруппа -SO₃H имеет тетраэдрическую конфигурацию, длины связей кислород-сера сульфонат-анионов RSO₃^- одинаковы и составляют 0,142 нм, углы O—S—O ~108-110°. В ИК-спектрах сульфокислот присутствуют характеристические полосы асимметрических и симметрических колебаний при 1340—1350 и 1150—1160 см⁻¹ соответственно, в спектрах ЯМР химический сдвиг протона сульфогруппы составляет 11-12 м.д.

Низшие сульфокислоты — обычно кристаллические гигроскопичные вещества, хорошо растворимые в воде. Являются сильными кислотами, как и их соли. Самой сильной сульфокислотой является трифторметансульфокислота CFШаблон:SubSOШаблон:SubH.

Сульфокислоты обладают всеми свойствами, присущими кислотам:

• способны реагировать с основаниями, образуя соли, например, бензолсульфонат натрия CШаблон:SubHШаблон:SubSOШаблон:SubNa
• со спиртами образуют сложные эфиры, например, этилбензолсульфонат CШаблон:SubHШаблон:SubSOШаблон:SubOCШаблон:SubHШаблон:Sub
• образуют ангидриды и галогенангидриды, например, бензолсульфонилхлорид CШаблон:SubHШаблон:SubSOШаблон:SubCl
• образуют амиды, например, бензолсульфониламид CШаблон:SubHШаблон:SubSOШаблон:SubNHШаблон:Sub

Восстановление сульфокислот цинковой пылью приводит к сульфиновым кислотам RSOШаблон:SubH, действие более сильных восстановителей приводит к тиолам RSH.

Ароматические сульфокислоты способны вступать в реакции обмена сульфогруппы на другие функциональные группы:

$𝖠𝗋𝖲{𝖮}_{\mathrm{𝟥}}𝖧\underset{}{\overset{KCN}{\to }}𝖠𝗋𝖢𝖭$

$𝖠𝗋𝖲{𝖮}_{\mathrm{𝟥}}𝖧\underset{}{\overset{KSH}{\to }}𝖠𝗋𝖲𝖧$

$𝖠𝗋𝖲{𝖮}_{\mathrm{𝟥}}𝖧\underset{}{\overset{KN{H}_2}{\to }}𝖠𝗋𝖭{𝖧}_{\mathrm{𝟤}}$

$𝖠𝗋𝖲{𝖮}_{\mathrm{𝟥}}𝖧\underset{}{\overset{KOH}{\to }}𝖠𝗋𝖮𝖧$

$𝖠𝗋𝖲{𝖮}_{\mathrm{𝟥}}𝖧\underset{}{\overset{HN{O}_3}{\to }}𝖠𝗋𝖭{𝖮}_{\mathrm{𝟤}}$

Десульфирование ароматических сульфокислот является реакцией обратной сульфированию и также катализируется кислотами:

$𝖠𝗋𝖲{𝖮}_{\mathrm{𝟥}}𝖧\mathsf{+}{𝖧}_{\mathrm{𝟤}}𝖮\mathsf{\to }𝖠𝗋𝖧\mathsf{+}{𝖧}_{\mathrm{𝟤}}𝖲{𝖮}_{\mathrm{𝟦}}$

Обычно её проводят, пропуская в сульфокислоту или в её смесь с минеральной кислотой перегретый водяной пар при температуре 100÷250 °C. Гидроксильные и алкильные заместители в орто- и пара-положениях облегчают реакцию, галогены в тех же положениях затрудняют. Заместители в мета-положении оказывают меньшее влияние.

В реакциях электрофильного замещения в ароматических соединениях (например, реакция Фриделя — Крафтса) сульфогруппа является электроноакцепторной группой и направляет замещение в мета-положение.

Получение

Ароматические сульфокислоты получают сульфированием ароматических углеводородов и их производных:

${𝖢}_{\mathrm{𝟨}}{𝖧}_{\mathrm{𝟨}}\mathsf{+}{𝖧}_{\mathrm{𝟤}}𝖲{𝖮}_{\mathrm{𝟦}}\mathsf{\to }{𝖢}_{\mathrm{𝟨}}{𝖧}_{\mathrm{𝟧}}𝖲{𝖮}_{\mathrm{𝟥}}𝖧\mathsf{+}{𝖧}_{\mathrm{𝟤}}𝖮$

Алифатические сульфокислоты синтезируют:

• реакцией нуклеофильного обмена атома галогена галогеналканов на сульфогруппу SO₃H
• сульфохлорированием алканов по свободно-радикальному механизму:

$𝖱𝖧\mathsf{+}𝖲{𝖮}_{\mathrm{𝟤}}\mathsf{+}𝖢{𝗅}_{\mathrm{𝟤}}\mathsf{\to }𝖱𝖲{𝖮}_{\mathrm{𝟤}}𝖢𝗅\mathsf{\to }𝖱𝖲{𝖮}_{\mathrm{𝟤}}𝖮𝖧$

• Сульфоокислением алканов:

$𝖱𝖧\mathsf{+}𝖲{𝖮}_{\mathrm{𝟤}}\mathsf{+}{𝖮}_{\mathrm{𝟤}}\mathsf{\to }𝖱𝖲{𝖮}_{\mathrm{𝟤}}𝖮𝖧$

• окислением тиолов и органических дисульфидов сильными окислителями:

$𝖢{𝖧}_{\mathrm{𝟥}}𝖲𝖧\underset{}{\overset{K_{2}C{r}_2{O}_7}{\to }}𝖢{𝖧}_{\mathrm{𝟥}}𝖲{𝖮}_{\mathrm{𝟥}}𝖧$

Применение

Сульфокислоты применяют как полупродукты в синтезе красителей, лекарственных веществ, поверхностно-активных веществ и др. Природными сульфокислотами являются таурин и цистеиновая кислота.

Литература

• Шаблон:Книга
• Шаблон:ВТ-ЭСБЕ