- Structure
- Nomenclature
- Propriétés
- Obtention
- Acides arylsulfoniques
- Acides alkylsulfoniques
- Applications
- Acides sulfoniques pour tensioactifs et détergents
- Colorants à base d'acide sulfonique
- Amides à base d'acide sulfonique
- Acides sulfoniques fluorés et chlorofluorés
- Dans les applications biologiques
- Dans l'industrie pétrolière
- Dans la formulation de lubrifiants et anticorrosifs
- Références
Est appelé acide sulfonique pour tout composé appartenant à une famille d'acides organiques ayant un ou plusieurs -SO 3 H. Certains auteurs indiquent que le composé parent est H-S (= O) 2 -OH ou H-SO 3 H, appelé par certains «acide sulfonique», cependant, son existence n'a pas été prouvée, ni celle de son tautomère HO - S (= O) –OH dit «acide sulfureux» (H 2 SO 3), ni en solution ni à l'état solide.
Cette dernière est due au fait que le dioxyde de soufre gazeux (IV) (SO 2) en solution aqueuse est converti en ions bisulfite (HSO 3 -) et pyrosulfite (S 2 O 5 2 -) et non en H - S (= O) 2 –OH et HO - S (= O) –OH, ce qui a déjà été prouvé par de nombreux chercheurs en chimie.
Groupe sulfonyle. Choij. Source: Wikipédia Commons
Dans la formule chimique R-SO 3 H des acides sulfoniques, le groupe R peut représenter des squelettes hydrocarbonés tels que alcane, alcène, alcyne et / ou arène. Ceux-ci peuvent contenir des fonctionnalités secondaires telles que des groupes ester, éther, cétone, amino, amido, hydroxyle, carboxyle et phénol, entre autres.
Les acides sulfoniques sont des acides forts, comparables à l'acide sulfurique (H 2 SO 4). Cependant, le reste de ses propriétés dépend largement de la nature du groupe R.
Certains ont tendance à se désulfoner à des températures élevées. Cela signifie perdre le groupe -SO 3 H, en particulier lorsque R est un arène, c'est-à-dire avec un cycle benzénique.
Les acides sulfoniques ont de nombreuses utilisations en fonction de leur formule chimique. Ils sont utilisés pour fabriquer des colorants, des encres, des polymères, des détergents, des tensioactifs et comme catalyseurs, parmi de nombreuses autres applications.
Structure
Les acides sulfoniques ont la structure générale suivante:
Formule générale des acides sulfoniques. Benjah-bmm27. Source: Wikipédia Commons
Nomenclature
- Groupe sulfonyle: –SO 3 H
- Acide alkyle ou arylsulfonique: R - SO 3 H
Propriétés
Ils sont solides ou liquides selon le groupe R. Les acides sulfoniques gazeux ne sont pas connus.
Leurs propriétés physiques et chimiques dépendent de la nature du groupe R. A titre de comparaison, certaines propriétés physiques de divers acides sulfoniques sont présentées, où pf est le point de fusion et pe est le point d'ébullition à une pression de 1 mm Hg:
- acide méthanesulfonique: PF 20 ° C; à 122 ° C
- acide éthanesulfonique: PF -17 ° C; à 123 ° C
- acide propanesulfonique: PF -37 ° C; pb 159 ° C
- acide butanesulfonique: PF -15 ° C; à 149 ° C
- acide pentanesulfonique: pf -16 ° C; bp 163 ° C
- acide hexanesulfonique: PF 16 ° C; à 174 ° C
- acide benzènesulfonique: PF 44 ° C; bp 172 ° C (à 0,1 mm Hg)
- acide p-toluènesulfonique: PF 106 ° C; pb 182 ° C (à 0,1 mm Hg)
- acide 1-naphtalènesulfonique: PF 78 ° C; pe se décompose
- acide 2-naphtalènesulfonique: PF 91 ° C; pe se décompose
- acide trifluorométhanesulfonique: pf aucun; bp 162 ° C (à 760 mm Hg)
La plupart sont très solubles dans l'eau.
Les acides sulfoniques sont encore plus acides que les acides carboxyliques. Ils ont une acidité similaire à celle de l'acide sulfurique. Ils se dissolvent dans l'hydroxyde de sodium aqueux et le bicarbonate aqueux.
Ils ont tendance à subir une décomposition thermique, provoquant leur désulfonation. Cependant, plusieurs des acides alcanesulfoniques sont thermiquement stables. En particulier, l'acide triflique, ou acide trifluorométhanesulfonique, est l'un des acides les plus forts et les plus stables.
Obtention
Acides arylsulfoniques
Les acides arylsulfoniques sont généralement obtenus par le procédé de sulfonation qui consiste à ajouter un excès d'acide sulfurique fumant (H 2 SO 4 + SO 3) au composé organique que l'on souhaite sulfoner. Par exemple dans le cas du benzène:
C 6 H 6 + H 2 SO 4 <---> C 6 H 5 SO 3 H + H 2 O
ArH + H 2 SO 4 <---> ArSO 3 H + H 2 O
La sulfonation est une réaction réversible, car si nous ajoutons de l'acide dilué à l'acide benzènesulfonique et passons de la vapeur sur le mélange, la réaction d'élimination du SO 3 est générée et le benzène est distillé par volatilisation à la vapeur, déplaçant l'équilibre vers le désulfonation.
L'agent sulfonant peut également être de l'acide chlorosulfurique, de l'acide sulfamique ou des ions sulfite.
Acides alkylsulfoniques
Ceux-ci sont généralement préparés par sulfo-oxydation, c'est-à-dire par traitement de composés alkyles avec du dioxyde de soufre SO 2 et de l'oxygène O 2, ou directement avec du trioxyde de soufre SO 3.
RH + 2SO 2 + O 2 + H 2 O <----> R-SO 3 H + H 2 SO 4
Applications
Acides sulfoniques pour tensioactifs et détergents
Les acides alkylbenzènesulfoniques sont utilisés dans la fabrication de détergents, étant l'une des utilisations les plus répandues.
Acide P-méthylbenzènesulfonique. His-no-G. Source = Selfmade. * Date = 21 août 2006. * Fabriqué avec ChemDraw. Source: Wikipédia Commons.
Ils sont utilisés pour les détergents en poudre et liquides, les détergents lourds ou légers, les savons pour les mains et les shampooings.
Les composants actifs sont généralement des alkylbenzène sulfonates linéaires et des esters gras sulfonés.
Les tensioactifs courants sont les alpha-oléfinesulfonates, les sulfobétaïnes, les sulfosuccinates et les disulfonates d'alkyl diphényléther, tous dérivés d'acides sulfoniques.
Ces tensioactifs trouvent une utilisation dans les produits de nettoyage ménagers, les cosmétiques, la polymérisation en émulsion et la fabrication de produits chimiques agricoles.
Les lignosulfonates sont des dérivés sulfonés de la lignine, un composant du bois, et sont utilisés comme agents dispersants, agents mouillants, liants dans les chaussées routières, adjuvants pour béton et additifs dans l'alimentation animale.
Un dérivé de l'acide 2-naphtalènesulfonique est utilisé pour augmenter la fluidité et la résistance du ciment.
Colorants à base d'acide sulfonique
Ceux-ci sont généralement caractérisés en ce qu'ils contiennent des groupes azo (R - N = N - R).
Teinture rouge acide. Smokefoot. Source: Wikipédia Commons.
Les colorants dérivés d'acides sulfoniques sont utiles dans l'industrie du papier, les encres telles que l'impression à jet d'encre, les textiles tels que le coton et la laine, les cosmétiques, les savons, les détergents, les aliments et le cuir.
Un dérivé de l'acide 2-naphtalènesulfonique est également utilisé comme ingrédient dans les colorants pour fibres de polyester et pour le tannage du cuir.
Amides à base d'acide sulfonique
Les acides acrylamidosulfoniques se distinguent dans cette application et sont utilisés dans les polymères, dans l'électrodéposition de métaux, comme tensioactifs et dans les revêtements anti-buée transparents.
Ils sont également utilisés dans la récupération assistée du pétrole, comme agents de démoulage, dans des mélanges de ciment hydraulique et comme accélérateurs de durcissement de résine aminoplaste.
Certains sulfamides sont également utilisés dans les formules insecticides.
Acides sulfoniques fluorés et chlorofluorés
Dans ce groupe se distingue l'acide trifluorométhanesulfonique (CF 3 SO 3 H), également appelé acide triflique. Ce composé trouve une application dans la synthèse organique et la catalyse des réactions de polymérisation.
Acide triflique. Capaccio. Source: Wikipédia Commons.
Par exemple, il est utilisé dans la polymérisation d'oléfines aromatiques et dans la préparation d'hydrocarbures paraffiniques hautement ramifiés à indice d'octane élevé destinés à être utilisés comme additifs de carburant.
Une autre de ses applications est la synthèse de polymères conducteurs, par dopage du polyacétylène, produisant par exemple des semi-conducteurs de type p.
L'acide pentafluoroéthanesulfonique (CF 3 CF 2 SO 3 H), appelé acide pentaphilique, est utilisé comme catalyseur organique.
L'acide triflique est mis à réagir avec du pentafluorure d'antimoine (SbF 5) générant ce que l'on appelle «l'acide magique», un catalyseur superacide qui sert à l'alkylation et à la polymérisation.
Nafion-H est une résine échangeuse d'ions d'un acide sulfonique polymère perfluoré. Il a la particularité d'être inerte vis-à-vis des acides forts, des bases fortes et des agents réducteurs ou oxydants.
Dans les applications biologiques
L'un des rares acides sulfoniques trouvés dans la nature est l'acide 2-aminoéthanesulfonique, mieux connu sous le nom de taurine, un acide aminé essentiel en particulier pour les chats.
La taurine synthétique et naturelle est utilisée comme suppléments dans les aliments pour animaux de compagnie et les produits pharmaceutiques.
Molécule de taurine. Harbinaire. Source: Wikipédia Commons
L'acide taurocholique est un composant de la bile et participe à la digestion des graisses. L'acide 8-anilino-1-naphtalènesulfonique, un composé synthétique, est utilisé dans l'étude des protéines.
Des copolymères d'urée et d'acide biphényldisulfonique ont été utilisés comme inhibiteurs du virus de l'herpès simplex.
Certains dérivés d'acide sulfonique, tels que le polystyrène sulfoné et certains composés azoïques, ont montré des propriétés inhibitrices du virus de l'immunodéficience humaine ou du VIH, sans être excessivement toxiques vis-à-vis des cellules hôtes.
Dans l'industrie pétrolière
Certains mélanges de dérivés du pétrole, qui comprennent une combinaison variée d'aromatiques, de paraffines et d'aromatiques polynucléaires, peuvent être sulfonés puis correctement neutralisés en générant des soi-disant sulfonates de pétrole.
Ces sulfonates de pétrole ont la propriété d'abaisser la tension superficielle du pétrole dans l'eau. De plus, sa production est à très faible coût.
Pour cette raison, les sulfonates de pétrole sont injectés dans les puits de pétrole existants, aidant à récupérer le pétrole brut emprisonné entre les roches sous la surface.
Dans la formulation de lubrifiants et anticorrosifs
Les sulfonates de magnésium sont largement utilisés dans les formulations de lubrifiants comme additifs détergents-dispersants et pour éviter l'usure.
Les sulfonates de baryum sont utilisés dans les lubrifiants pour roulements antifriction utilisés dans les applications à haute vitesse. Les sulfonates de sodium et de calcium sont utilisés dans les lubrifiants et les graisses pour engrenages pour améliorer les propriétés extrême pression.
Les sels de magnésium d'acides sulfoniques sont également utiles dans les applications anticorrosion telles que les revêtements, les graisses et les résines.
Références
- Falk, Michael et Giguere, Paul A. (1958). Sur la nature de l'acide sulfureux. Journal canadien de chimie, vol. 36, 1958. Récupéré de nrcresearchpress.com
- Betts, RH et Voss, RH (1970). La cinétique de l'échange d'oxygène entre l'ion sulfite et l'eau. Journal canadien de chimie, vol. 48, 1970. Récupéré de nrcresearchpress.com
- Cotton, FA et Wilkinson, G. (1980). Chimie inorganique avancée. Quatrième édition. Chapitre 16. John Wiley & Sons.
- Kirk-Othmer (1994). Encyclopédie de la technologie chimique. Volume 23. Quatrième édition. John Wiley et fils.
- Kosswig, Kurt. (2012). Tensioactifs. Encyclopédie Ullmann de chimie industrielle, volume 35. Wiley-VCH Verlag GmbH & Co.