Ácido sulfónico

Estrutura xeral dun ácido sulfónico co grupo funcional indicado en azul.

Un ácido sulfónico é un ácido orgánico que pertence ao grupo dos compostos organosulfurados, que ten a fórmula xeral RS(=O)₂–OH, onde R é un grupo orgánico alquilo ou arilo e o grupo S(=O)₂–OH é un sulfonil hidróxido. Un ácido sulfónico pode considerarse que é como un ácido sulfúrico cun dos seus grupos hidroxilo cambiado por un substituínte orgánico. O composto parental (co substituínte orgánico cambiado por un hidróxeno) é o composto hipotético ácido sulfuroso. Os sales e ésteres de ácidos sulfónicos denomínanse sulfonatos. A maioría dos ácidos sulfónicos son artificiais; entre os naturais hai que salientar a taurina.

Preparación

O ácido sulfónico prodúcese polo proceso de sulfonación. Xeralmente o axente sulfonante é o trióxido de xofre (óxido de xofre (VI)). Unha aplicación a grande escala deste método é a produción de ácidos alquilbencenosulfónicos:

RC₆H₅ + SO₃ → RC₆H₄SO₃H

Nesta reacción o trióxido de xofre é un electrófilo e o areno (hidrocarburo aromático) sofre unha substitución aromática electrofílica.

Os tiois poden ser oxidados a ácidos sulfónicos:

RSH + 3/2 O₂ → RSO₃H

Certos ácidos sulfónicos, como o ácido perfluorooctanosulfónico prepáranse por fluoración electrofílica de ácidos sulfónicos preformados. A conversión neta pode representarse simplificadamente así:

C₈H₁₇SO₃H + 17 F₂ → C₈F₁₇SO₃H + 17 HF

Modelo do ácido metanosulfónico.

Propiedades

Os ácidos sulfónicos son ácidos moito máis fortes que os seus correspondentes ácidos carboxílicos. O ácido p-toluenosulfónico, cun pK_a de -2,8, é aproximadamente un millón de veces máis forte como ácido que o ácido benzoico, cun pK_a de 4,2. Igualmente, o ácido metanosulfónico ( pK_a = -1,9) é tamén arredor dun millón de veces máis forte que o ácido acético. A causa da súa polaridade, os ácidos sulfónicos adoitan ser sólidos cristalinos. Son ademais incoloros e non oxidantes. Debido á súa alta acidez, os ácidos sulfónicos son a miúdo solubles en auga ou teñen propiedades similares ás dun deterxente.

A estrutura dos ácidos sulfónicos ilústrase polo composto que serve de prototipo, o ácido metanosulfónico. O grupo ácido sulfónico, RSO₂OH, presenta un centro de xofre tetraédrico, o que significa que o xofre está no centro de catro átomos que o rodean: tres oxíxenos e un carbono. A xeometría global do centro de xofre lembra a forma do ácido sulfúrico.

• Ácidos sulfónicos e os seus derivados representativos
• 
  Taurina, un dos poucos ácidos sulfónicos que aparecen na natureza (mostrado en forma dun tautómero pouco común).
• 
  PFOS, un surfactante e contaminante controvertido.
• 
  Ácido toluenosulfónico, un reactivo moi utilizado en síntese orgánica.
• 
  Nafion, un ácido sulfónico polimérico útil nas pilas de combustible.
• 
  Dodecilbencenosulfonato de sodio, un alquilbencenosulfonato surfactante utilizado en deterxentes de lavandaría.

Aplicacións

Aínda que os ácidos sulfónicos de alquilo e arilo son ben coñecidos, a maioría das aplicacións están asociadas cos derivados aromáticos.

Deterxentes e surfactantes

Os deterxentes e surfactantes son moléculas que combinan grupos moi apolares e grupos moi polares. Tradicionalmente, os xabóns son os surfactantes máis populares, que derivan de ácidos graxos. A partir de mediados do século XX, o uso de ácidos sulfónicos superou ao dos xabóns nos países desenvolvidos. Por exemplo, prodúcense uns 2.000 millóns de quilogramos de alquilbencenosulfonatos cada ano para diversos propósitos. Os sulfonatos de lignina, producidos por sulfonación da lignina son compoñentes dos fluídos de perforación e aditivos en certos tipos de formigón.

Tinturas

Moitas das tinturas antroquinonas prodúcense ou procésanse por sulfonación. Os ácidos sulfónicos tenden a unirse firmemente ás proteínas e carbohidratos. A maioría das tinturas "lavables" son ácidos sulfónicos (ou conteñen un grupo sulfonilo) para esa razón. O ácido p-cresidinosulfónico utilízase para facer colorantes alimentarios.

Catalizadores ácidos

Como son ácidos fortes, os ácidos sulfónicos utilízanse tamén como catalizadores. Os exemplos máis simples son o ácido metanosulfónico, CH₃SO₂OH e o ácido p-toluenosulfónico, que se usan regularmente en química orgánica como ácidos que son lipofílos (solubles en solventes orgánicos). Os ácidos sulfónicos poliméricos son tamén moi útiles. As resinas Dowex son derivados sulfónicos do poliestireno e utilízanse como catalizadores e para o intercambio iónico (abrandamento de augas).O Nafion, que é un ácido sulfónico polimérico fluorado é un compoñente de membranas de intercambio protónico en pilas de combustible.

Fármacos

Os fármacos antibacterianos sulfonamidas (sulfas) prodúcense a partir de ácidos sulfónicos.

Reaccións

Esterificación

Os ácidos sulfónicos poden converterse en ésteres. Esta clase de compostos orgánicos ten a fórmula xeral R-SO₂-OR. Os ésteres sulfónicos como o metil triflato son considerados uns bos axentes alquilantes en síntese orgánica. Estes ésteres sulfonados son xeralmente preparados por medio de alcohólise de sulfonil cloruros:

RSO₂Cl + R'OH → RSO₂OR' + HCl

Metil triflato.

Cloración

Os grupos sulfonil haluros aparecen cando un grupo funcional sulfonil se une por enlace simple a un átomo de halóxeno. Teñen a fórmula xeral R-SO₂-X, onde X é un haluro, case invariablemente o cloruro. Prodúcense por cloración de ácidos sulfónicos utilizando tionil cloruro e reactivos relacionados.

Desprazamento

Aínda que o enlace C-SO₃H é forte, o enlace (aril)C-SO₃ pode ser clivado por certos nucleófilos. Ten importancia tanto histórica coma actual a α-sulfonación de antroquinonas seguida polo desprazamento do grupo sulfonato por outros nucleófilos, os cales non poden ser colocados na molécula directamente. Un dos métodos iniciais que foron usados para producir fenol implicaba a hidrólise básica do bencenosulfonato de sodio, o cal pode xerarse doadamente a partir de benceno.

C₆H₅SO₃Na + 2 NaOH → C₆H₅OH + Na₂SO₃ + H₂O

Preocupación medioambiental

Os derivados de ácidos sulfónicos xeralmente non derivan de precursores naturais e tenden a biodegradarse lentamente. Algúns, como o ácido perfluorooctanosulfónico, foron detectados no soro sanguíneo humano. Isto non debería ser sorprendente porque todos os compostos de flúor orgánicos teñen unha estabilidade moi grande, e unha biodegradabilidade baixa ou nula. Moitos son fabricados para que resistan as condicións químicas máis duras, por exemplo o teflón (que ten flúor pero non é un composto sulfónico). Os ácidos sulfónicos non fluorados adoitan ter baixas toxicidades.

Véxase tamén

Outros artigos

• Ácido carboxílico
• Sulfonato

Bibliografía

• J.A. Titus, R. Haugland, S.O. Sharrow and D.M. Segal, Texas red, a hydrophilic, red-emitting fluorophore for use with fluorescein in dual parameter flow microfluorometric and fluorescence microscopic studies. J. Immunol. Methods 50 (1982), pp. 193–204. doi 10.1016/0022-1759(82)90225-3 PMID 6806389
• C. Lefevre, H.C. Kang, R.P. Haugland, N. Malekzadeh, S. Arttamangkul, and R. P. Haugland, Texas Red-X and Rhodamine Red-X, New Derivatives of Sulforhodamine 101 and Lissamine Rhodamine B with Improved Labeling and Fluorescence Properties, Bioconj Chem 1996, 7(4):482-9 doi 10.1021/bc960034p