Сульфокислоты

Сульфокислоты (сульфоновые кислоты) — органические соединения общей формулы RSO₃H или R-SO₂OH, где R — органический радикал. Сульфокислоты рассматриваются как органические соединения, замещенные по углероду сульфогруппой -SO₃H ^[1].

Номенклатура

Название сульфокислот образуется из названия соответствующего углеводорода и окончания «сульфокислота», например, CH₃SO₃H — метансульфокислота, C₆H₅SO₃H — бензолсульфокислота. При наличии в веществе другой, более приоритетной функциональной группы, к названию основного вещества прибавляется префикс «сульфо», например, п-сульфобензойная кислота.

Свойства

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 CF₃SO₃H.

Сульфокислоты обладают всеми свойствами, присущими кислотам:

• способны реагировать с основаниями, образуя соли, например, бензолсульфонат натрия C₆H₅SO₃Na
• со спиртами образуют сложные эфиры, например, этилбензолсульфонат C₆H₅SO₂OC₂H₅
• образуют ангидриды и галогенангидриды, например, бензолсульфонилхлорид C₆H₅SO₂Cl
• образуют амиды, например, бензолсульфониламид C₆H₅SO₂NH₂

Восстановление сульфокислот цинковой пылью приводит к сульфиновым кислотам RSO₂H, действие более сильных восстановителей приводит к тиолам RSH.

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

${\displaystyle {\mathsf {ArSO_{3}H{\xrightarrow[{}]{KCN}}ArCN}}}$

${\displaystyle {\mathsf {ArSO_{3}H{\xrightarrow[{}]{KSH}}ArSH}}}$

${\displaystyle {\mathsf {ArSO_{3}H{\xrightarrow[{}]{KNH_{2}}}ArNH_{2}}}}$

${\displaystyle {\mathsf {ArSO_{3}H{\xrightarrow[{}]{KOH}}ArOH}}}$

${\displaystyle {\mathsf {ArSO_{3}H{\xrightarrow[{}]{HNO_{3}}}ArNO_{2}}}}$

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

${\displaystyle {\mathsf {ArSO_{3}H+H_{2}O\rightarrow ArH+H_{2}SO_{4}}}}$

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.^[2]

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:

${\displaystyle {\mathsf {C_{6}H_{6}+H_{2}SO_{4}\rightarrow C_{6}H_{5}SO_{3}H+H_{2}O}}}$

Алифатические сульфокислоты синтезируют:

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

${\displaystyle {\mathsf {RH+SO_{2}+Cl_{2}\rightarrow RSO_{2}Cl\rightarrow RSO_{2}OH}}}$

• Сульфоокислением алканов:

${\displaystyle {\mathsf {RH+SO_{2}+O_{2}\rightarrow RSO_{2}OH}}}$

• окислением тиолов и органических дисульфидов сильными окислителями:

${\displaystyle {\mathsf {CH_{3}SH{\xrightarrow[{}]{K_{2}Cr_{2}O_{7}}}CH_{3}SO_{3}H}}}$

Применение

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

Примечания

1. sulfonic acids // IUPAC Gold Book  (неопр.). Дата обращения: 6 июля 2011. Архивировано 12 августа 2011 года.
2. Сигэру Оаэ. Химия органических соединений серы. М., «Химия», 1975, с.458

Литература

• Химическая энциклопедия / Редкол.: Кнунянц И.Л. и др.. — М.: Советская энциклопедия, 1995. — Т. 4 (Пол-Три). — 639 с. — ISBN 5-82270-092-4.
• Курбатов В. Я., Менделеев Д. И., Хардин Д. А. Сульфоновые кислоты // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907.