Acido trifluorometansolfonico

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 e 71773376
SMILES	C(F)(F)(F)S(=O)(=O)O
Proprietà chimico-fisiche
Densità (g/cm^3, 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
DL50 (mg/kg)	1605 ratto, orale
Indicazioni di sicurezza
Simboli di rischio chimico
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]

Storia

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

Sintesi

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

${\displaystyle {\ce {CH3SO3H + 4HF -> CF3SO2F + H2O + 3H2}}}$

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

${\displaystyle {\ce {CF3SCl + 2Cl2 + 2H2O -> CF3SO2OH + 4HCl}}}$

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

Reattività

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 dimetilsolfone. L'aggiunta di acido triflico a solventi polari può essere pericolosamente esotermica.

L'acido triflico ha K_a = 8,0 × 10^14 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 CF₃-SO₃^– (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 l'acido solforico stesso (H₂SO₄), l'acido fluorosolforico (F-SO₃H) e l'acido clorosolforico (Cl-SO₃H).

Usi

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

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

${\displaystyle {\ce {CuCO3 + 2CF3SO3H -> Cu(O3SCF3)2 + H2O + CO2}}}$

Leganti cloruro possono essere convertiti nei corrispondenti triflati:

${\displaystyle {\ce {3CF3SO3H + [Co(NH3)5Cl]Cl2 -> [Co(NH3)5O3SCF3](O3SCF3)2 + 3HCl}}}$

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

Reazioni organiche[1]

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

${\displaystyle {\ce {CH3C(O)Cl + CF3SO3H -> CH3C(O)OSO2CF3 + HCl}}}$

${\displaystyle {\ce {CH3C(O)OSO2CF3 + C6H6 -> CH3C(O)C6H5 + CF3SO3H}}}$

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

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

1. Howells e Mc Cown 1977.
2. Subramanian et al. 2006.
3. Haszeldine e Kidd 1954.
4. Siegemund et al. 2007.
5. Dixon et al. 1990.
6. Alfa Aesar, Scheda dei dati di sicurezza dell'acido trifluorometansolfonico (PDF) ^[collegamento interrotto], su alfa.com. URL consultato il 27 febbraio 2012.

Bibliografia

• 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. URL consultato il 27 febbraio 2012.
• 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. URL consultato il 27 febbraio 2012.
• R. D. Howells e J. D. Mc Cown, Trifluoromethanesulfonic acid and derivatives, in Chem. Rev., vol. 77, n. 1, 1977, pp. 69–92, DOI:10.1021/cr60305a005. URL consultato il 27 febbraio 2012.
• 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.

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