Ácido trifluorometanesulfônico, um ácido orgânico muito forte, CAS 1493-13-6, fórmula molecular CF3SO3H, líquido incolor, líquido amarelo ou marrom-amarelo com impurezas, fuma no ar. Muito solúvel em água; É facilmente solúvel em solventes orgânicos polares, como dimetilformamida, acetonitrila e dimetilsulfona. No entanto, devido à intensa liberação de calor durante o processo de dissolução, ele pode causar perigo e baixa toxicidade se for adicionado rapidamente ao solvente polar. Possui uma ampla gama de usos e é um dos super ácidos conhecidos. Possui forte corrosividade e higroscopicidade e é amplamente utilizado em medicina, indústria química e outras indústrias. Possui dosagem pequena, acidez forte e propriedades estáveis. Ele pode substituir os ácidos inorgânicos tradicionais, como ácido sulfúrico e ácido clorídrico em muitas ocasiões, e desempenhar o papel de otimizar e melhorar o processo.
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Fórmula química |
CHF3O3S |
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Massa exata |
150 |
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Peso molecular |
150 |
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m/z |
150 (100.0%), 152 (4.5%), 151 (1.1%) |
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Análise elementar |
C, 8.00; H, 0.67; F, 37.98; O, 31.98; S, 21.36 |
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Ácido trifluorometanesulfônico(TFOH ou TFMSA), com a fórmula química CF ∝ SO ∝ H, é um composto orgânico altamente ácido com um valor de PKA tão baixo quanto -14,7, excedendo em muito a acidez dos ácidos inorgânicos tradicionais, como o ácido sulfúrico e o ácido hidroclórico. Com suas propriedades químicas únicas de forte acidez, alta estabilidade térmica, baixa nucleofilicidade e excelente solubilidade, tornou -se um "catalisador universal" indispensável e "aditivo funcional" na indústria química moderna.
1. Reagente de benchmark para reações catalisadas por ácido
Como superácido, pode catalisar eficientemente várias reações dependentes de ácido, incluindo esterificação, alquilação, polimerização, desidratação e isomerização. Suas vantagens principais estão em:
Catálise não nucleofílica: sua base conjugada (trifluorometanesulfonato) quase não possui nucleofilicidade, evitando reações colaterais causadas pelo ataque nucleofílico na catálise tradicional do ácido, melhorando significativamente a seletividade e o rendimento da reação. Por exemplo, na reação de acilação de artesanato de Friedel, o éster trimetilsilil pode catalisar a ciclização intramolecular e sintetizar eficientemente os compostos cíclicos de cetona, que são intermediários -chave para a preparação da fluoxetina antidepressiva.
Extreme condition adaptability: It can remain stable in high temperature (>200 graus) ou ambientes fortemente oxidantes, adequados para reações de polimerização de alta temperatura ou a síntese de compostos contendo oxigênio.
Por exemplo, catalisar a oligomerização da etileno -cetona para produzir materiais poliméricos de policetídeo tem melhor resistência ao calor e resistência mecânica do que o polietileno tradicional.
Substituição da química verde: pode substituir ácidos inorgânicos altamente poluentes (como ácido sulfúrico e ácido hidrofluórico) e reduzir as emissões de ácido residual. Por exemplo, na reação de alquilação, a catalisação de isobutano e buteno para produzir isooctano aumenta o rendimento em 15% e reduz o custo do tratamento com ácido residual em 60%.
2. O "reagente da ponte" da química orgânica de flúor
O TFMSA e seus derivados (como anidrido trifluorometanesulfônico e cloreto de trifluorometanesulfonil) são reagentes-chave para a introdução de trifluorometil (- cf ∝). A forte eletronegatividade do trifluorometil (χ =4.0) pode alterar significativamente a polaridade molecular, aumentar a estabilidade do medicamento e a permeabilidade à membrana. As aplicações típicas incluem:
Síntese de drogas antivirais: Na síntese de remodesivir, o anidrido trifluorometanesulfônico é usado para ativar os intermediários de nucleosídeos, atingir a introdução altamente seletiva da trifluorometil e aumentar a atividade inibitora de drogas na polimerase de RNA por três vezes.
Desenvolvimento de pesticidas fluorados: como um catalisador de síntese intermediária para o herbicida sulfoxastrobina,Ácido trifluorometanesulfônicopode reduzir a via de reação, aumentar o rendimento total de 45% para 78% e reduzir os custos de produção.
3. A pedra angular da construção de um sistema superácido
O TFMSA pode formar complexos superácidos (como H [Cf ∝ SO ∝ BF ∝]) quando combinados com os ácidos Lewis (como BF ∝, PF ₅), que são 10 vezes mais fortes em acidez que o TFMSA puro. Este tipo de complexo exibe excelente desempenho nos campos a seguir:
Ativação da ligação de carbono: catalisando a quebra de ligações inertes de carbono e alcançando rearranjo estrutural de moléculas complexas. Por exemplo, o rendimento de conversão de ciclohexano em benzeno aumentou de 5% nos métodos tradicionais para 35%.
Catálise quiral: combinando com ligantes quirais para desenvolver catalisadores de síntese assimétrica. Por exemplo, a reação de Diels Catalyzed por Ytterbium trifluorometanesulfonato (YB (OTF) ∝) possui uma enantioselectividade (valor EE) de 99% e é um intermediário quiral -chave para a síntese do medicamento anticlitaxel.
1. Drogas antivirais nucleosídeos
Desempenha um papel duplo na síntese analógica de nucleosídeo:
Ativação da ligação glicosídeo: como catalisador, promove a condensação de ribose e bases. Por exemplo, na síntese da zidovudina anti -HIV (AZT), pode aumentar a taxa de formação de ligações glicosídicas em 10 vezes enquanto inibe a formação de isômeros.
Remoção do grupo de proteção: Remoção eficiente de grupos de proteção, como benzyloxicarbonil (CBZ) em condições amenas sem danificar grupos sensoriais. Por exemplo, na síntese do medicamento covid-19 molnupiravir, o rendimento da etapa de desprotecção catalítica do TFMSA atingiu 92%, muito superior a 65% da etapa tradicional de hidrogenólise.
2. Intermediário de drogas anticâncer
A reação catalisada por TFMSA é amplamente utilizada na síntese de medicamentos anticâncer:
A alquilação de Friedel Craft: a principal amina intermediária 4-fluorofenileno-N-(2-metoxietil) para a síntese do gefitinibe foi sintetizada. Sob a catálise do TFMSA, o tempo de reação foi reduzido de 24 horas para 4 horas e o rendimento aumentou de 50% para 85%.
Condensação de Aldeído: Na síntese de imatinibe, o TFMSA catalisa a condensação de aldeídos e cetonas para formar hidroxicetonas, fornecendo um precursor -chave para a construção subsequente de anéis indolos.
3. Esteróides e modificações de proteínas
Síntese de esteróides: o TFMSA catalisa a reação de hidroxilação dos núcleos dos pais esteróides, como a conversão da progesterona em 17 - hidroxiprogesterona, com um rendimento aumentado de 30% nos métodos tradicionais para 75% e uma regionectividade de 99%.
Rotulagem de proteínas: Como catalisador estável em condições ácidas, pode ser usado para clivagem específica de ligações glicosídicas em glicoproteínas, ajudando na análise dos locais de proteína glicosilação. Por exemplo, no desenvolvimento de conjugados de medicamentos para anticorpos (ADCs), a localização precisa dos locais de ligação pode melhorar o direcionamento de medicamentos.
Ciência dos Materiais: Designers Moleculares de Materiais de Alto Desempenho
1. Modificação de materiais poliméricos
A reticulação de borracha de silicone: TFMSA catalisa a condensação do silanol para formar ligações siloxano, aumentando a resistência ao calor e a resistência mecânica da borracha de silicone. Por exemplo, na síntese de borracha de silicone para aplicações aeroespaciais, a temperatura de decomposição térmica da borracha de silicone reticulada pela catálise de TFMSA aumenta de 300 a 450 graus e a resistência à tração é dobrada.
Síntese plástica especial: polimerização de abertura do anel catalítico de oligômeros cíclicos para preparar poliariatona de alta temperatura e poliariatetona resistente à corrosão (PAEK) e poliimida (PI). Por exemplo, na síntese de polietheretretone (PEEK) catalisada pelo TFMSA, o índice de distribuição de peso molecular (PDI) diminuiu de 2,5 para 1,2 e o desempenho do processamento de material foi significativamente melhorado.
2. Agente de modelo nanomaterial
Como agente de direção estrutural, pode regular a morfologia e o tamanho dos nanomateriais:
Sílica mesoporosa: Na síntese de materiais mesoporosos SBA-15, a auto-montagem de silicatos é guiada pela ligação de hidrogênio, formando uma estrutura mesoporosa hexagonal com tamanho de poro uniforme (2-50 nm) e uma área superficial específica de 1000 m ²/g. É adequado para transportadoras de liberação sustentada de drogas.
Estruturas orgânicas de metal (MOFs): catalisam a reação de coordenação entre ligantes e íons metálicos. Por exemplo, na síntese do ZIF-8,Ácido trifluorometanesulfônicopode reduzir o tempo de cristalização de 72 horas para 6 horas e melhorar a pureza do cristal para 99%.
Campo de tecnologia de energia: o 'acelerador químico' para energia verde
1. Eletrólito para baterias de íons de lítio
Eletrólito de alta tensão: trifluorometanossulfonato de lítio (LIOTF) como um aditivo pode aumentar a estabilidade do eletrólito em altas tensões acima de 4,5V. Por exemplo, no material cátodo de óxido de cobalto de lítio (Licoo ₂), a adição de 5% de eletrólito LIOTF pode aumentar a taxa de retenção de capacidade de 70% para 85% após 500 ciclos da bateria.
Regulação da interface eletrolítica de estado sólido (SEI): O sulfonato de trifluorometano participa da formação de filme SEI, inibindo a decomposição de eletrólitos. Por exemplo, em eletrodos negativos à base de silício, o teor de flúor do filme SEI catalisado por LIOTF aumenta em 30%, e a primeira eficiência da bateria aumenta de 75%para 88%.
2. Catalisador de células de combustível
Membrana de troca de prótons (PEM): A resina de ácido perfluorossulfônico modificada com TFMSA (como Nafion) tem um aumento de 50% na condutividade de prótons e pode manter uma condução eficiente em baixas temperaturas (-20 graus), tornando-o adequado para células de combustível de veículos.
Catalisador de reação de redução de oxigênio (ORR): catalisador de carbono de platina (PT/C) assistido pelo TFMSA, com tamanho de partícula de platina reduzido de 5 nm para 2 nm, a atividade catalítica aumentou três vezes e a densidade de potência celular atingiu 1,2 W/cm q.
1. Catalisador de tratamento de gases de escape
Compostos orgânicos voláteis (VOCs) Oxidação: Um catalisador de óxido de manganês modificado com TFMSA pode oxidar completamente o tolueno em CO ₂ e H ₂ O a 150 graus, com uma taxa de reação 10 vezes mais rápida que os catalisadores tradicionais.
Redução de óxidos de nitrogênio (NOX): O sulfonato de trifluorometano promove a geração de espécies ativas de oxigênio na superfície dos catalisadores à base de cobre. Sob condições ricas em oxigênio, a eficiência da conversão de NOx em n ₂ atinge 90%, tornando -a adequada para o tratamento de escape a diesel.
2 adsorventes para tratamento de águas residuais
Adsorção de íons de metais pesados: O material de carbono mesoporoso funcionalizado com TFMSA possui capacidades de adsorção de 200 mg/g e 150 mg/g para Pb ² e Cd ² ⁺, respectivamente. Pode funcionar com eficiência em condições ácidas (pH =2) e é adequado para eletroplicar o tratamento de águas residuais.
Degradação de poluentes orgânicos: A reação fotocatalítica de fenton catalisada pelo TFMSA pode degradar completamente os corantes como a rodamina B sob luz visível, com uma taxa de reação 5 vezes mais rápida que o método tradicional de Fenton e nenhuma geração de lodo de ferro.
1. Materiais de computação quântica
Como superácido, ele pode ser usado para preparar isoladores topológicos (como bi ₂ se ∝) e materiais bidimensionais (como óxido de grafeno), e sua capacidade de controle de estado de superfície fornece novas idéias para o design de bits quânticos.
2. Sondas de imagem biológica
Os corantes fluorescentes modificados com TFMSA (como Cy7 OTF) têm um aumento de três vezes na fotoestabilidade e podem atingir a imagem direcionada à membrana celular através da hidrofobicidade do trifluorometil, tornando -os adequados para o diagnóstico precoce de tumores.
3. Reguladores de crescimento de plantas agrícolas
Como regulador de crescimento de plantas, ele pode promover o desenvolvimento radicular e a eficiência fotossintética. Por exemplo, no cultivo de arroz, a pulverização foliar com solução de TFMSA a 0,1% pode aumentar o rendimento em 15% e aumentar significativamente a resistência à hospedagem.
Como uma ferramenta universal no campo da química, sua aplicação permeou todos os cantos da tecnologia moderna. Da catálise básica da reação ao design de materiais de ponta, da síntese farmacêutica à governança ambiental, uma linguagem química única está escrevendo um capítulo de inovação interdisciplinar.
Ácido trifluorometanesulfônicofoi preparado pela primeira vez por Haszeldine e Kidd em 1954 das seguintes maneiras:
A preparação industrial é através da fluorinação eletroquímica (ECF) do ácido metanossulfônico:
Cap3ENTÃO3H + 4 hf → cf3ENTÃO2F + H2O + 1.5H2
O produto da reação CF3SO2F é hidrolisado para obter íons trifluorometanesulfonato. Além disso, a preparação também pode usar o trifluorometil para tratar o cloreto de sulfonil, que é obtido do produto de reação através da seguinte hidrólise:
Cf.3Scl + 2 cl2 + 2H2O → cf.3ENTÃO2OH + 4 hcl
O produto bruto preparado pelos métodos acima pode ser purificado por destilação em anidrido trifluorometilsulfônico.
O TFMSA é um forte ácido orgânico comumente usado em laboratório. Pode ser usado para preparar anidrido trifluorometanossulfônico e vários derivados de TI. É também um catalisador eficaz para a oligomerização e polimerização de olefinas e éteres.
Na presença de pentóxido de fósforo excessivo ou vinil cetona, ele pode sofrer uma reação de desidratação para produzir anidrido trifluorometanossulfônico.
É um dos ácidos orgânicos mais fortes. Devido à alta estabilidade termodinâmica e de sua base conjugada (trifluorometanesulfonato), ela não é sensível às reações redox gerais. Portanto, pode ser usado em muitas reações catalisadas por ácido. Devido à sua forte propriedade doadora de prótons, ele pode ser usado para catalisar algumas reações de ciclização de Diels-Alder que são difíceis de ocorrer em condições normais.
Ácido trifluorometanesulfônicotambém é um forte ácido de Lewis, e o grupo trifluorometanesulfonil correspondente possui fortes propriedades de absorção de elétrons. Quando é combinado com o reagente de acilação, gera intermediário de acilação ativado, que é fácil de catalisar a reação de acilação de Friedel-Crafts. Por exemplo, trimetilsilil trifluorometanesulfonato pode catalisar a reação de acilação de Friedel-Crafts dentro da molécula para formar cetonas cíclicas.
A PKA é -14,7 (± 2,0), que pertence ao super ácido orgânico, e sua acidez é superior a 100% de ácido sulfúrico.
Tem forte acidez e redutibilidade. Geralmente usado como reagente de síntese orgânica.
Quando ácidos fortes de Lewis, como o Trifluoreto de Boron (BF3), o pentafluoreto de fósforo e o pentafluoreto de arsênico são dissolvidos, a acidez se torna mais forte devido à formação de ácidos complexos estáveis: H [cf3ENTÃO3BF3], H [cf.3ENTÃO3Pf5], H [cf.3ENTÃO3ASF5].
Fumaça no ar, porque tem uma forte absorção de água e é fácil de reagir com a umidade no ar para formar um monohidrato estável cf3ENTÃO3H · H2O, com um ponto de fusão de 34 graus. É extremamente solúvel em água, o que libera muito calor.
Ponto de fusão - 40 grau C, ponto de ebulição 162 graus C (lit.), densidade 1,696 g/ml a 25 graus C (lit.), densidade de vapor 5.2 (vs ar), pressão de vapor 8 mm Hg (25 graus C), Índice de Refração N20/D 1.327 (Let), RTECS No. PB 2), RTecs (25 graus), Índice de Refração N20/D 1.327 (iluminado), RTECS No. Pbs No. PB27 {RTEC7 {N20 {N20), RTEC7 (310), Storage {D.327, {D. 31), que não é o pb27 (31), o flash {N20), que não é de um pb27 (31), o flash {e o ar), que não há débil. grau C, solubilidade em H, coeficiente de acidez (PKA) - 14 (a 25 graus), formam líquido fumegante, gravidade específica 1.696, cor pouco marrom, valor de pH<1 (H2O), Water solubility SOLUBLE, Sensitivity
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