Ácido sulfónico
Un ácido sulfónico é un ácido orgánico que pertence ao grupo dos compostos organosulfurados, que ten a fórmula xeral RS(=O)2–OH, onde R é un grupo orgánico alquilo ou arilo e o grupo S(=O)2–OH é un sulfonil hidróxido.[1] Un ácido sulfónico pode considerarse que é como un ácido sulfúrico cun dos seus grupos hidroxilo cambiado por un substituínte orgánico. O composto parental (co substituínte orgánico cambiado por un hidróxeno) é o composto hipotético ácido sulfuroso. Os sales e ésteres de ácidos sulfónicos denomínanse sulfonatos. A maioría dos ácidos sulfónicos son artificiais; entre os naturais hai que salientar a taurina.
Preparación
editarO ácido sulfónico prodúcese polo proceso de sulfonación. Xeralmente o axente sulfonante é o trióxido de xofre (óxido de xofre (VI)). Unha aplicación a grande escala deste método é a produción de ácidos alquilbencenosulfónicos:
- RC6H5 + SO3 → RC6H4SO3H
Nesta reacción o trióxido de xofre é un electrófilo e o areno (hidrocarburo aromático) sofre unha substitución aromática electrofílica.[1]
Os tiois poden ser oxidados a ácidos sulfónicos:
- RSH + 3/2 O2 → RSO3H
Certos ácidos sulfónicos, como o ácido perfluorooctanosulfónico prepáranse por fluoración electrofílica de ácidos sulfónicos preformados. A conversión neta pode representarse simplificadamente así:
- C8H17SO3H + 17 F2 → C8F17SO3H + 17 HF
Propiedades
editarOs ácidos sulfónicos son ácidos moito máis fortes que os seus correspondentes ácidos carboxílicos. O ácido p-toluenosulfónico, cun pKa de -2,8, é aproximadamente un millón de veces máis forte como ácido que o ácido benzoico, cun pKa de 4,2. Igualmente, o ácido metanosulfónico ( pKa = -1,9) é tamén arredor dun millón de veces máis forte que o ácido acético. A causa da súa polaridade, os ácidos sulfónicos adoitan ser sólidos cristalinos. Son ademais incoloros e non oxidantes. Debido á súa alta acidez, os ácidos sulfónicos son a miúdo solubles en auga ou teñen propiedades similares ás dun deterxente.
A estrutura dos ácidos sulfónicos ilústrase polo composto que serve de prototipo, o ácido metanosulfónico. O grupo ácido sulfónico, RSO2OH, presenta un centro de xofre tetraédrico, o que significa que o xofre está no centro de catro átomos que o rodean: tres oxíxenos e un carbono. A xeometría global do centro de xofre lembra a forma do ácido sulfúrico.
- Ácidos sulfónicos e os seus derivados representativos
-
-
PFOS, un surfactante e contaminante controvertido. -
Ácido toluenosulfónico, un reactivo moi utilizado en síntese orgánica. -
Nafion, un ácido sulfónico polimérico útil nas pilas de combustible. -
Dodecilbencenosulfonato de sodio, un alquilbencenosulfonato surfactante utilizado en deterxentes de lavandaría.
Aplicacións
editarAínda que os ácidos sulfónicos de alquilo e arilo son ben coñecidos, a maioría das aplicacións están asociadas cos derivados aromáticos.
Deterxentes e surfactantes
editarOs deterxentes e surfactantes son moléculas que combinan grupos moi apolares e grupos moi polares. Tradicionalmente, os xabóns son os surfactantes máis populares, que derivan de ácidos graxos. A partir de mediados do século XX, o uso de ácidos sulfónicos superou ao dos xabóns nos países desenvolvidos. Por exemplo, prodúcense uns 2.000 millóns de quilogramos de alquilbencenosulfonatos cada ano para diversos propósitos. Os sulfonatos de lignina, producidos por sulfonación da lignina son compoñentes dos fluídos de perforación e aditivos en certos tipos de formigón.[2]
Tinturas
editarMoitas das tinturas antroquinonas prodúcense ou procésanse por sulfonación.[3] Os ácidos sulfónicos tenden a unirse firmemente ás proteínas e carbohidratos. A maioría das tinturas "lavables" son ácidos sulfónicos (ou conteñen un grupo sulfonilo) para esa razón. O ácido p-cresidinosulfónico utilízase para facer colorantes alimentarios.
Catalizadores ácidos
editarComo son ácidos fortes, os ácidos sulfónicos utilízanse tamén como catalizadores. Os exemplos máis simples son o ácido metanosulfónico, CH3SO2OH e o ácido p-toluenosulfónico, que se usan regularmente en química orgánica como ácidos que son lipofílos (solubles en solventes orgánicos). Os ácidos sulfónicos poliméricos son tamén moi útiles. As resinas Dowex son derivados sulfónicos do poliestireno e utilízanse como catalizadores e para o intercambio iónico (abrandamento de augas).O Nafion, que é un ácido sulfónico polimérico fluorado é un compoñente de membranas de intercambio protónico en pilas de combustible.[4]
Fármacos
editarOs fármacos antibacterianos sulfonamidas (sulfas) prodúcense a partir de ácidos sulfónicos.
Reaccións
editarEsterificación
editarOs ácidos sulfónicos poden converterse en ésteres. Esta clase de compostos orgánicos ten a fórmula xeral R-SO2-OR. Os ésteres sulfónicos como o metil triflato son considerados uns bos axentes alquilantes en síntese orgánica. Estes ésteres sulfonados son xeralmente preparados por medio de alcohólise de sulfonil cloruros:
- RSO2Cl + R'OH → RSO2OR' + HCl
Cloración
editarOs grupos sulfonil haluros aparecen cando un grupo funcional sulfonil se une por enlace simple a un átomo de halóxeno. Teñen a fórmula xeral R-SO2-X, onde X é un haluro, case invariablemente o cloruro. Prodúcense por cloración de ácidos sulfónicos utilizando tionil cloruro e reactivos relacionados.
Desprazamento
editarAínda que o enlace C-SO3H é forte, o enlace (aril)C-SO3 pode ser clivado por certos nucleófilos. Ten importancia tanto histórica coma actual a α-sulfonación de antroquinonas seguida polo desprazamento do grupo sulfonato por outros nucleófilos, os cales non poden ser colocados na molécula directamente.[3] Un dos métodos iniciais que foron usados para producir fenol implicaba a hidrólise básica do bencenosulfonato de sodio, o cal pode xerarse doadamente a partir de benceno.[5]
- C6H5SO3Na + 2 NaOH → C6H5OH + Na2SO3 + H2O
Preocupación medioambiental
editarOs derivados de ácidos sulfónicos xeralmente non derivan de precursores naturais e tenden a biodegradarse lentamente. Algúns, como o ácido perfluorooctanosulfónico, foron detectados no soro sanguíneo humano. Isto non debería ser sorprendente porque todos os compostos de flúor orgánicos teñen unha estabilidade moi grande, e unha biodegradabilidade baixa ou nula. Moitos son fabricados para que resistan as condicións químicas máis duras, por exemplo o teflón (que ten flúor pero non é un composto sulfónico).[6] Os ácidos sulfónicos non fluorados adoitan ter baixas toxicidades.[7]
Notas
editar- ↑ 1,0 1,1 March, J. “Advanced Organic Chemistry” 4th Ed. J. Wiley and Sons, 1992: New York. ISBN 0-471-60180-2.
- ↑ Kosswig, K. “Surfactants” in Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry 2002, Wiley-VCH, Weinheim. doi 10.1002/14356007.a25_747.
- ↑ 3,0 3,1 Hans-Samuel Bien, Josef Stawitz, Klaus Wunderlich “Anthraquinone Dyes and Intermediates” Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry 2002 Wiley-VCH, Weinhem. doi 10.1002/14356007.a02_355
- ↑ Guido Busca "Acid Catalysts in Industrial Hydrocarbon Chemistry" Chem. Rev. 2007, 107, 5366-5410. doi 10.1021/cr068042e
- ↑ Manfred Weber, Markus Weber, Michael Kleine-Boymann "Phenol" in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry 2004, Wiley-VCH. doi 10.1002/14356007.a19_299.pub2.
- ↑ Bin Wang, Fukuya Iino, Gang Yu, Jun Huang, Masatoshi Morita "The Pollution Status of Emerging Persistent Organic Pollutants in China" Environmental Engineering Science. 2010, volume 27, p. 215-225. doi 10.1089/ees.2009.0337
- ↑ Greim H., J. Ahlers, R. Bias, B. Broecker, H. Hollander, H.-P. Gelbke, H.-J. Klimisch, I. Mangelsdorf, A. Paetz, N Schön, G. Stropp, R. Vogel, C. Weber, K. Ziegler-Skylakakis, E. Bayer "Toxicity and ecotoxicity of sulfonic acids: Structure-activity relationship" Chemosphere Volume 28, Issue 12, June 1994, Pages 2203-2236. doi 10.1016/0045-6535(94)90188-0
Véxase tamén
editarOutros artigos
editarBibliografía
editar- J.A. Titus, R. Haugland, S.O. Sharrow and D.M. Segal, Texas red, a hydrophilic, red-emitting fluorophore for use with fluorescein in dual parameter flow microfluorometric and fluorescence microscopic studies. J. Immunol. Methods 50 (1982), pp. 193–204. doi 10.1016/0022-1759(82)90225-3 PMID 6806389
- C. Lefevre, H.C. Kang, R.P. Haugland, N. Malekzadeh, S. Arttamangkul, and R. P. Haugland, Texas Red-X and Rhodamine Red-X, New Derivatives of Sulforhodamine 101 and Lissamine Rhodamine B with Improved Labeling and Fluorescence Properties, Bioconj Chem 1996, 7(4):482-9 doi 10.1021/bc960034p