三氟甲磺酸
三氟甲磺酸是一種很強的有機酸,化學式為CF3SO3H。它在酯化反應中可用作催化劑。[2][3]
三氟甲磺酸 | |||
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IUPAC名 Trifluoromethanesulfonic acid | |||
別名 | 三氟甲基磺酸、三氟甲烷磺酸、 TfOH、TFSA、TFMS | ||
識別 | |||
CAS編號 | 1493-13-6(無水) ![]() 49789-04-0(一水) ![]() | ||
PubChem | 62406 | ||
SMILES |
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性質 | |||
化學式 | CF3SO3H | ||
摩爾質量 | 150.08 g·mol⁻¹ | ||
外觀 | 無色液體 | ||
密度 | 1.696 g/mL | ||
熔點 | -40 °C | ||
沸點 | 162 °C[1] | ||
溶解性(水) | 混溶 | ||
危險性 | |||
主要危害 | 強腐蝕性 | ||
若非註明,所有數據均出自標準狀態(25 ℃,100 kPa)下。 |
合成
三氟甲磺酸首次於1954年由Haszeldine和Kidd以如下途徑製得:[4]
三氟甲磺酸的工業製備可通過甲磺酸的電化學氟化(ECF)得到:
- CH3SO3H + 4 HF → CF3SO2F + H2O + 1.5 H2
反應產物CF3SO2F通過水解,得到三氟甲磺酸。另外,製備三氟甲磺酸也可使用三氟甲基氯化硫為原料,和氯氣反應、水解得到:[5]
- CF3SCl + 2 Cl2 + 2 H2O → CF3SO2OH + 4 HCl
性質
三氟甲磺酸常溫下是一種有吸水性和脫水性的無色液體,可溶於極性溶劑,如二甲基甲酰胺、二甲基亞碸、乙腈和二甲基碸。但由於接觸時反應會劇烈放熱,將它加入極性溶劑中可能產生危險。
三氟甲磺酸是一種超強酸,Ka = 1 ×1012(pKa ~ −12)[6] 。由於它的熱穩定性和化學穩定性很強,它和它的共軛鹼(CF3SO−
3)都有較多的用途。共軛鹼三氟甲磺酸根能夠抵抗氧化還原反應的發生,這和很多同時具有強氧化性的強酸形成了鮮明的對比,如高氯酸、硫酸、硝酸等。它也不容易讓其他物質磺化,因此無需和在使用硫酸、氟代硫酸和氯磺酸時一樣擔心這個反應的發生。
三氟甲磺酸在濕潤的空氣中發煙,這源自於形成的一水合物固體,CF3SO3H·H2O,熔點為34~35 °C。[7]
酸性
三氟甲磺酸是一種超強酸,具有酸的通性,如和金屬、氧化物、弱酸鹽、鹼反應,得到相應的三氟甲磺酸鹽:[8][9]
- Cu2(OH)2CO3 + 4 CF3SO3H → 2 Cu(CF3SO3)2 + CO2↑ + 3 H2O
- (CH3)2NCl + CF3SO3H → [(CH3)2NClH]CF3SO3
它可以直接將W(CH)L4Cl(L=P(CH3)3)質子化,得到[W(CH2)L4Cl]CF3SO3。[10]
- W(CH)L4Cl + CF3SO3H → [W(CH2)L4Cl]CF3SO3
它和雙(三苯基磷)(乙烯)鉑(0)反應,會同時生成乙烷、配鹽((PPh3)2Pt(OSO2CF3)2)和酯(CF3SO3C2H5)。[11]
形成磺酸衍生物
三氟甲磺酸和醇等有機物發生酯化反應,可以形成酯,但反應中會同時會生成醚和烯烴。如它和乙醇反應,其主產物是乙酸乙酯(45%),同時產物副產物乙醚(19%)和乙烯(13%)。它也可以可逆地和乙烯或乙醚反應,得到三氟甲磺酸乙酯。[12]
它和五氯化磷加熱反應,可以得到三氟甲磺酰氯(53%)和三氟甲磺酸酐(20%)。[12]
其它反應
三氟甲磺酸和Se(NSO)2反應,可以得到[Se2N2S]2(CF3SO3)2。[13]
它和Tl5[Nb2S4Br8]Br在濕乙腈中反應,得到含S2橋的水合鈮配合物[Nb2(μ2-S2)2(H2O)8](CF3SO3)4·2H2O。[14]
用途
三氟甲磺酸可用作一些有機反應的催化劑,如吲哚和吡咯的傅克氨烷基化反應[15]、醇的酰基化反應[16]、氫胺化反應及氫烷氧基化反應[17]等。
安全警示
三氟甲磺酸是已知的最強酸之一,任何時候都應當謹慎地處理該物質。如不慎接觸眼睛,它會造成從燒傷甚至到失明不等的嚴重傷害。如接觸皮膚,三氟甲磺酸會造成皮膚燒傷和長期的組織損傷。如少量CF3SO3H·H2O被吸入肺部,它將造成痙攣、炎症和水腫。[18]
參考資料
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