Acizi sulfonici

1. Intoducere

Acizi sulfonici sunt clasic definiți ca un grup de acizi organici care conțin una sau mai multe grupări - SO3H. Ei au formula generală RS(=O)2-OH, unde R este de obicei un rest alchil sau aril,alcan,achenă și arene.Restul R poate avea o mare varietate de funcționalități secundare,cum ar fi amine, amide, acid carboxilic, ester, eter,cetonă, fenol,nitril etc.

Derivații acizilor sulfonici sunt folosiți pe scară industrială largă în fabricarea de surfactanți tensoactivi ,vopsele, cerneluri, agenți de dispersie și polimeri.Acizii sulfonici sunt deasemenea regasiți ca și cataliztori în procesele de alchilare,în reacțiile organice generale , în sintezele organice personalizate și în cercetarea biologică.

Restul R mai poate fi derivat si din surse anorganice, cum ar fi halogen, oxigen (se obtine sulfat) sau amine (se obtine acid sulfamic) fiind menționați ca si derivați ai acidului sulfuric (exemplu acidul clorosulfuric)

2. Proprietăți fizice

Proprietățile fizice ale acizilor sulfonici variază foarte mult în funcție de natura restului R.

Acizii sulfonici se găsesc atât în forme solide cât și lichide la temperatura camerei, exemple de acizi sulfonici gazosi necunoscându-se până la mijlocul anilor 1990.

Acizi sulfonici pot fi descriși ca având caracteristici de aciditate similare cu acidul sulfuric, ei fiind predispuși la descompunere termica ,adică desulfonare, la temperaturi ridicate.Acizi sulfonici care au R provenind de la un alcan sunt destul de stabili iar cei cu R aromatic sunt instabili termic, precum se poate observa în tabelul 1.

Acid CAS

Număr Punct de topire Punct de fierberea Densitatea

metansulfonic [75-75-2] 20 122 1,48

etansulfonic [594-45-6] -17 123 1,33

propansulfonic [28553-80-2] -37 159 1,19

Butansulfonic [30734-86-2] -15 149 1,19

Pentansulfonic [35452-30-3] -16 163 1,12

Hexansulfonic [13595-73-8] 16 174 1,10

Benzosulfonic [98-11-3] 44 172b -

p-toluensulfonic [104-15-4] 106 182b -

1-naftalensulfonic [85-47-2] 78 Dec -

2-naftalensulfonic [120-18-3] 91 Dec 1,44

Triflorometansulfonic [1493-13-6] - 162c 1,70

Tabel 1

a- La 133 Pa (1 mm Hg)

b- La 13,3 Pa (0,1 mm Hg)

c- La 101,3 kPa=760 mm Hg

Acizii sulfonici care au R provenind de la o arenă trebuie mai întâi să fie distilați în condiții de vid extreme folosind un minim de încălzire pentru a evita descompunerea termică. Compuși aromatici policiclici, cum ar fi acidul 1- naftalensulfonic [85-47-2] respectiv acidul 2- naftalensulfonic [120-18-3], se descompun rapid la tentativa de distilare chiar și la vid foarte ridicat.

Acizii sulfonici sunt acizi atât de tari încăt în general ei pot fi considerați ca fiind peste 99% ionizați. Valoarea constantei de aciditate (pKa) a acidului sulfuric (H2SO4) este -2,8 în comparație cu -1,92,-1,68 și -2,8 corespunzătoare pentru acidul metansulfonic,etansulfonic respectiv acidul benzosulfonic.Acizii sulfonici sunt acizi mai puternici decât acizi carboxilici corespunzători. De exemplu acidul p-toluensulfonic cu un pKa=-2,8 este de aproximativ un milion de ori mai tare decât acidul benzoic cu un pKa=4,2.Similar acidul metansulfonic, pKa=- 1,9 , este de un milion de ori mai acid decât acidul acetic. Acidul triflorometansulfonic [1493-13-6] are un pKa mai mica de -2,8, facându-l cel mai tare acid care se cunoaste. De asemenea el este și cel mai tare acid sulfonic, încâlzidu-l la 350˚ C nu cauzează defalcare termică.

Datorită polarității lor, acizi sulfonic tind să fie cristale solide. Ele sunt, de asemenea, de obicei, incolore si nonoxidabile. Din cauza acidității crescute sunt adesea solubile în apă sau prezinta proprietăți ca si detergenții. Prezinta o structura spațială asemanătoare cu cea a acidului sulfuric, aici fiind evidențiată de structura spațială a acidului metansulfonic (OH dispune de un centru de sulf tetraedric)

Structura acidului metansulfonic Structura acidului sulfuric

Structura lor cristalină a fost determinată cu ajutorul razelor X. O cantitate mare de lucrări teoretice asupra acizilor sulfonici au fost elaborate cu privire la radicali, anioni,cationi incluzând energiile, momentele de dipol, lungimile optime de legatură si unghiurile,ocuparea orbitalului d, potentiale de ionizare, afinități, energii de disociație etc. De asemenea s-au efectuat și numeroase experimente cu privire la aceste proprietăți fizice ale acizilor sulfonici incluzând căldurile de formare și căldurile lor de combustie.