三氟甲磺酸是一种很强的有机酸,化学式为CF3SO3H。它在酯化反应中可用作催化剂。
合成
三氟甲磺酸首次于1954年由Haszeldine和Kidd以如下途径制得:
:
三氟甲磺酸的工业制备可通过甲磺酸的电化学氟化(ECF)得到:
:CH3SO3H + 4 HF → CF3SO2F + H2O + 1.5 H2
反应产物CF3SO2F通过水解,得到三氟甲磺酸。另外,制备三氟甲磺酸也可使用三氟甲基氯化硫为原料,和氯气反应、水解得到:
::CF3SCl + 2 Cl2 + 2 H2O → CF3SO2OH + 4 HCl
以上途径制得的粗产物可加入三氟甲磺酸酐蒸馏而纯化。 。由于它的热稳定性和化学稳定性很强,它和它的共轭碱(CF3SO)都有较多的用途。共轭碱三氟甲磺酸根能够抵抗氧化还原反应的发生,这和很多同时具有强氧化性的强酸形成了鲜明的对比,如高氯酸、硫酸、硝酸等。它也不容易让其他物质磺化,因此无需和在使用硫酸、氟代硫酸和氯磺酸时一样担心这个反应的发生。
三氟甲磺酸在湿润的空气中发烟,这源自于形成的一水合物固体,CF3SO3H·H2O,熔点为34~35 °C。
酸性
三氟甲磺酸是一种超强酸,具有酸的通性,如和金属、氧化物、弱酸盐、碱反应,得到相应的三氟甲磺酸盐:
: Cu2(OH)2CO3 + 4 CF3SO3H → 2 Cu(CF3SO3)2 + CO2↑ + 3 H2O
: (CH3)2NCl + CF3SO3H → [(CH3)2NClH]CF3SO3
它可以直接将W(CH)L4Cl(L=P(CH3)3)质子化,得到[W(CH2)L4Cl]CF3SO3。
: W(CH)L4Cl + CF3SO3H → [W(CH2)L4Cl]CF3SO3
它和双(三苯基磷)(乙烯)铂(0)反应,会同时生成乙烷、配盐((PPh3)2Pt(OSO2CF3)2)和酯(CF3SO3C2H5)。
形成磺酸衍生物
三氟甲磺酸和醇等有机物发生酯化反应,可以形成酯,但反应中会同时会生成醚和烯烃。如它和乙醇反应,其主产物是乙酸乙酯(45%),同时产物副产物乙醚(19%)和乙烯(13%)。它也可以可逆地和乙烯或乙醚反应,得到三氟甲磺酸乙酯。
:
它和五氯化磷加热反应,可以得到三氟甲磺酰氯(53%)和三氟甲磺酸酐(20%)。
它和Tl5[Nb2S4Br8]Br在湿乙腈中反应,得到含S2桥的水合铌配合物Nb2(μ2-S2)2(H2O)84·2H2O。
用途
三氟甲磺酸可用作一些有机反应的催化剂,如吲哚和吡咯的傅克氨烷基化反应、醇的酰基化反应、氢胺化反应及氢烷氧基化反应等。
安全警示
三氟甲磺酸是已知的最强酸之一,任何时候都应当谨慎地处理该物质。如不慎接触眼睛,它会造成从烧伤甚至到失明不等的严重伤害。如接触皮肤,三氟甲磺酸会造成皮肤烧伤和长期的组织损伤。如少量CF3SO3H·H2O被吸入肺部,它将造成痉挛、炎症和水肿。
参考资料
评论 (0)