Acido trifluorometansolfonico

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Acido trifluorometansolfonico
Schema di struttura dell'acido trifluorometansolfonico
Modello a sfere e bastoncini dell'acido trifluorometansolfonico
Nomi alternativi
acido triflico, acido perfluorometansolfonico
Caratteristiche generali
Formula bruta o molecolare CF3SO3H
Massa molecolare (u) 150,08
Aspetto liquido incolore
Numero CAS [1493-13-6]
Numero EINECS 216-087-5
PubChem 62406
Proprietà chimico-fisiche
Densità (g/cm3, in c.s.) 1,70
Solubilità in acqua completamente miscibile
Temperatura di fusione –40 °C (233 K)
Temperatura di ebollizione 162 °C (435 K)
Proprietà tossicologiche
LD50 (mg/kg) 1605 ratto, orale
Indicazioni di sicurezza
Simboli di rischio chimico
corrosivo tossicità acuta
Frasi H 302, 331, 314
Consigli P 260, 303+361+353, 305+351+338, 301+330+331, 405, 501

L'acido trifluorometansolfonico, noto anche con il nome comune di acido triflico, abbreviato come HOTf, è un acido solfonico di formula CF3SO3H. In condizioni normali è un liquido incolore di odore pungente, miscibile con l'acqua in tutte le proporzioni. È un acido molto forte, usato soprattutto nell'ambito della ricerca come catalizzatore e precursore in chimica organica.[1][2]

Cenni storici[modifica | modifica wikitesto]

L'acido triflico fu preparato per la prima volta nel 1954 da Haszeldine e Kidd tramite la procedura schematizzata nella figura seguente:[3]

Trifluoromethanesulfonate synthesis1 transp.gif

Sintesi[modifica | modifica wikitesto]

Industrialmente l'acido triflico di produce per fluorurazione elettrochimica (ECF) dell'acido metansolfonico:

CH3SO3H + 4HF → CF3SO2F + H2O + 1,5H2

Il CF3SO2F formato viene idrolizzato, e il sale triflato risultante viene protonato. In alternativa, l'acido triflico si ottiene per ossidazione di CF3SCl:[4]

CF3SCl + 2Cl2 + 2H2O → CF3SO2OH + 4HCl

L'acido triflico è purificato per distillazione dall'anidride triflica.[2]

Reattività[modifica | modifica wikitesto]

L'acido triflico in condizioni normali è un liquido incolore igroscopico, di odore pungente. Fuma all'aria e in presenza di umidità forma un monoidrato stabile, CF3SO3H·H2O, che ha un punto di fusione di 34 °C. Oltre che in acqua, l'acido triflico si scioglie in solventi polari come DMF, DMSO, acetonitrile e dimetilsulfone. L'aggiunta di acido triflico a solventi polari può essere pericolosamente esotermica.

L'acido triflico ha Ka = 8,0 × 1014 e di conseguenza è considerato un superacido. È un composto molto utile in virtù della sua elevata stabilità termica e chimica. Sia l'acido che la sua base coniugata CF3SO3 (ione triflato, OTf) sono molto resistenti a processi di ossidoriduzione, mentre altri acidi forti come HClO4 e HNO3 sono ossidanti. Un altro vantaggio dell'acido triflico è che non dà reazioni di solfonazione, come possono invece fare altri acidi forti come H2SO4, FSO3H e HSO3Cl.

Usi[modifica | modifica wikitesto]

In laboratorio l'acido triflico è utile per reazioni di protonazione perché la sua base coniugata non è nucleofila. Viene utilizzato anche come titolante in titolazioni acido-base in ambienti non acquosi perché si comporta da acido forte in molti solventi (acetonitrile, acido acetico ecc.) dove i comuni acidi minerali come HCl e H2SO4 sono di forza moderata.

Formazione di sali[modifica | modifica wikitesto]

HOTf reagisce esotermicamente con carbonati e idrossidi dei metalli. Un esempio è la sintesi di Cu(OTf)2:[5]

CuCO3 + 2CF3SO3H → Cu(O3SCF3)2 + H2O + CO2

Leganti cloruro possono essere convertiti nei corrispondenti triflati:

3CF3SO3H + [Co(NH3)5Cl]Cl2 → [Co(NH3)5O3SCF3](O3SCF3)2 + 3HCl

Questa conversione è effettuata in acido triflico puro a 100 °C, facendo poi precipitare il sale per aggiunta di etere.

Reazioni organiche[1][modifica | modifica wikitesto]

L'acido triflico reagisce con alogenuri acilici per formare anidridi miste triflate, che sono forti agenti acilanti, ad esempio in reazioni di Friedel-Crafts.

CH3C(O)Cl + CF3SO3H → CH3C(O)OSO2CF3 + HCl
CH3C(O)OSO2CF3 + C6H6 → CH3C(O)C6H5 + CF3SO3H

L'acido triflico catalizza la reazione di composti aromatici con cloruri solfonilici R-S(=O)2-Cl; probabilmente un intermedio è l'anidride mista dell'acido solfonico.

L'acido triflico catalizza altre reazioni di tipo Friedel-Crafts, come il cracking di alcani e l'alchilazione di alcheni, reazioni molto importanti nell'industria petrolifera. Questi catalizzatori derivati dall'acido triflico sono molto efficienti per l'isomerizzazione di idrocarburi a catena lineare o leggermente ramificata, utile per aumentare il numero di ottano dei carburanti.

L'acido triflico reagisce esotermicamente con alcoli per formare eteri e olefine:

Reazione di condensazione con acido triflico

Indicazioni di sicurezza[modifica | modifica wikitesto]

L'acido trifluorometansolfonico è disponibile in commercio. È un liquido tossico per inalazione e nocivo per ingestione. Per contatto provoca gravi ustioni a pelle, mucose e occhi. Non ci sono dati che indichino proprietà cancerogene. È considerato poco pericoloso per le acque e gli organismi acquatici.[6]

Note[modifica | modifica wikitesto]

Bibliografia[modifica | modifica wikitesto]

  • N. E. Dixon, G. A. Lawrance, P. A. Lay, A. M. Sargeson e H. Taube, Trifluoromethanesulfonates and trifluoromethanesulfonato-O complexes in Inorg. Synth., vol. 28, 1990, pp. 70–76, DOI:10.1002/9780470132593.ch16.
  • R. N. Haszeldine e J. M. Kidd, Perfluoroalkyl derivatives of sulphur. Part I. Trifluoromethanesulphonic acid in J. Chem. Soc., 1954, pp. 4228-4232, DOI:10.1039/JR9540004228.
  • R. D. Howells e J. D. Mc Cown, Trifluoromethanesulfonic acid and derivatives in Chem. Rev., vol. 77, nº 1, 1977, pp. 69–92, DOI:10.1021/cr60305a005.
  • G. Siegemund, W. Schwertfeger, A. Feiring, B. Smart, F. Behr, H. Vogel e B. McKusick, Fluorine Compounds, Organic in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, John Wiley & Sons, 2007, DOI:10.1002/14356007.a11_349.
  • L. R. Subramanian, A. G. Martínez, M. Hanack, G. K. S. Prakash e J. Hu, Trifluoromethanesulfonic Acid in e-EROS Encyclopedia of Reagents for Organic Synthesis, John Wiley & Sons, 2006, DOI:10.1002/047084289X.rt246.pub2, ISBN.
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