三氟甲烷磺酸,一种很强的有机酸,分子式为CF3SO3H,易溶于水,低毒。用途广泛,是已知超强酸之一。具有强腐蚀性、吸湿性,广泛用于医药、化工等行业,用量小,酸性强,性质稳定,在很多场合可以替代传统的硫酸,盐酸等传统无机酸,起到优化改进工艺的作用。
简介
中文名:三氟甲磺酸
英文名:Trifluoromethanesulfonic acid
别名:
三氟甲基磺酸;
三氟甲烷磺酸;Triflic acid;三氟利克酸
英文缩写:TfOH
物理性质
性状:无色液体,含杂质时为黄色或黄棕色液体,在空气中发烟。
沸点:168~170℃
蒸气密度:5.2 (空气=1)
熔点:-40℃
折射率:1.331
密度:1.696g/cm3
溶解性:极
易溶于水;易溶于
极性有机溶剂,如
二甲基甲酰胺,
乙腈和
二甲基砜等。但是由于溶解过程剧烈放热,将它迅速加入
极性溶剂中可能造成危险。
化学反应
三氟甲磺酸是实验室比较常用的一种有机强酸,它可以用来制备
三氟甲磺酸酐和多种三氟甲磺酸衍生物。三氟甲磺酸也是烯和醚类寡聚和多聚的有效催化剂。
在过量的
五氧化二磷或乙烯酮的存在下,三氟甲磺酸可以发生脱水反应生成三氟甲磺酸酐。
三氟甲磺酸是最强的有机酸之一。由于三氟甲磺酸和它的共轭碱(三氟甲磺酸根)具有很高的
热力学稳定性,对一般的
氧化还原反应不敏感。因此,三氟甲磺酸可以应用在多种酸催化的反应中。由于三氟甲磺酸具有很强的给质子的特性,它可以用来催化一些在一般条件下难以发生的Diels.Alder环化反应。
三氟甲磺酸也是一种很强的Lewis酸,相应的三氟甲磺酰基具有很强的吸电子性能。当它和酰基化试剂结合时,生成活化的酰基化中间体,进而比较容易发生催化Friedel.Crafts酰基化反应。例如:三氟甲磺酸的三甲基硅酯可以催化分子内的Friedel.Crafts酰基化反应,生成环状酮类化合物。
化学性质
三氟甲磺酸的
pKa=-14.7(±2.0),属于有机超强酸,其酸性超过100%的硫酸。
当溶解有三氟化硼(BF3)、
五氟化磷、
五氟化砷等强
路易斯酸时因为生成了稳定的配合酸:H[CF3SO3BF3]、H[CF3SO3PF5]、H[CF3SO3AsF5]从而酸性变得更强。
在空气中发烟,这是因为它具有强烈的吸水性,易与空气中的湿气反应形成稳定的一水合物CF3SO3H·H2O,熔点为34℃。极易溶于水,溶水释放出大量的热。
应用性能优点
三氟甲磺酸在合成反应中具有十分广泛的应用,其优点表现在以下三个方面:
(1)强酸性
在实验室中,三氟甲磺酸在质子化反应中十分常用,因为其共轭碱是非亲核性的。也用作无水酸碱滴定,因为在很多非水溶剂(如冰乙酸,乙腈等)中,它可以表现出强酸性。而常见的无机强酸,如氯化氢或者硫酸,在有机溶剂中只表现出中等强度的酸性。
(2)稳定性
许多强酸,如过氯酸或者硝酸,具有强氧化性。而三氟甲磺酸及其共轭碱CF3SO3−,(英文名为triflate)均不会发生氧化或还原反应。
(3)无磺化反应,不与溶剂反应
使用硫酸,氟化硫酸,氯磺酸时,可能会使溶剂磺化,例如,在苯中以硫酸催化的反应中可能发生如下磺化反应:
C6H6 + H2SO4 → C6H5(SO3H) + H2O
而三氟甲磺酸对溶剂没有磺化作用。
安全注意事项
三氟甲磺酸是最强有机酸之一。与眼睛接触将造成严重的眼部烧伤,可能失明。与皮肤接触会造成严重的
化学烧伤,以及迟滞的严重组织损伤。吸入蒸汽会造成严重的抽搐反应,炎症以及水肿。食入会造成严重的消化道烧伤。因此,即使是少量的操作,也需要配备适当的防护用具(诸如护目镜、耐酸碱手套、防毒口罩),以及良好的通风设施。
将三氟甲磺酸加入极性溶剂中会由于溶解而放热。这种强烈的放热与将硫酸溶解于水中的效应相似。但将其溶解于极性溶剂中本身比硫酸溶解于水更加危险。强烈的放热有可能造成溶剂的挥发甚至爆炸。因此,应当避免将大量的三氟甲磺酸溶解于有机溶剂中。当确实需要这么做时,一定要控制滴加速度,并确保充分搅拌、良好通风,以及可能的冷却交换装置,将生成的热量尽可能充分地带走.
用途
三氟甲磺酸具有强腐蚀性、吸湿性,广泛用于医药、化工等行业。如核苷,抗生素,类固醇,蛋白质,配糖类,维生素合成,
硅橡胶改性等。
还可用作异构化和
烷基化的催化剂。制备2,3-二氢-2-
茚酮、
四氢萘酮。去除
糖蛋白中
糖苷。
制备
二硫化碳与
五氟化碘(
三氟碘甲烷与硫)反应生成双(三氟甲基)
二硫化物(CF3-S-S-CF3)。与汞在光照下反应得三氟甲硫基汞(CF3S)2Hg,后者经
过氧化氢氧化即得三氟甲磺酸一水合物。再与
碳酸钡反应得到
三氟甲磺酸钡,与
浓硫酸反应得到无水的三氟甲磺酸。