Sulfonové kyseliny R - SO₃H

Jsou nejvýznamnější z organických sirných derivátů. Odvozují se náhradou jednoho nebo více atomů vodíku v molekule uhlovodíku sulfoskupinou.

Charakteristika

Funkční skupina je  sulfoskupina -SO₃H.

Obecný vzorec: R – SO₃H alkansulfonové kyseliny; Ar – SO₃H arylsulfonové kyseliny.

Názvosloví

Podstatné jméno kyselina a přídavné jméno vzniklé spojením názvu základního uhlovodíku a (lokant)+přípony -sulfonová kyselina.

Tab. 1: Názvy sulfonových kyselin

Vlastnosti

Jsou to látky bezbarvé, krystalické, dobře rozpustné ve vodě. Z roztoků krystalizují jako sodné soli po vysolení chloridem sodným. Ve vodě jsou rozpustné i soli Ca^2+, Ba²⁺ a Pb²⁺. Zaváděním sulfoskupiny se převádějí organické sloučeniny na sloučeniny rozpustné ve vodě.

Mají charakter kyselin, jsou silnější než karboxylové kyseliny. Ve vodném roztoku dochází k disociaci a odštěpování H⁺:

R-SO₃H + H₂O → R-SO₃^- + H₃O⁺.

S alkalickými hydroxidy reagují za vzniku solí:

H₃C-SO₃H + NaOH → H₃C-SO₃Na + H₂O.

Alifatické sulfonové kyseliny

Nejvýznamnější jsou kyseliny s dlouhým řetězcem, jejich alkalické soli mají silné detergenční vlastnost. Tyto vlastnosti uplatňují i v tvrdé vodě.

Příprava

Lze je získat oxidací thiolů nebo radikálovou sulfochlorací, případně sulfooxidací alkanů.

Oxidací thioalkoholů vznikají primárně disulfidy, prudší oxidace vede ke vzniku sulfonových kyselin (ox. č. HNO₃, H₂O₂).

R - SH + 3 H₂O₂ → R - SO₃H + 3 H₂O

Sulfochlorace (S_R, UV záření)

R - H + SO₂ + Cl₂ → R - SO₂Cl + HCl chlorid alkansulfonové kyselin

Hydrolýza chloridů

R - SO₂Cl + 2 NaOH → R - SO₃Na + NaCl + H₂O  vzniká sodná sůl sulfonové kyseliny

Sulfooxidace

R - H + SO₂ + 1/2 O₂ → R - SO₃H (kat. V₂O₅)

Působením kyseliny chlorsulfonové na nasycené uhlovodíky vzniká směs kyseliny a jejího chloridu.

R - H + Cl - SO₃H  → R - SO₃H + HCl  (R - SO₂Cl + H₂O)

Aromatické sulfonové kyseliny

Vlastnosti jsou podobné jako kyselin alifatických. Sulfoskupina je substituent 2. třídy, má –I a –M efekt.

Příprava

Vyrábějí se sulfonací arenů:

Příprava kyseliny benzensulfonové

Sulfonace naftalenu

 Vznikají různé sulfonové kyseliny v závislosti na podmínkách; při teplotě 60-80 °C je hlavním produktem naftalen-1-sulfonová kyselina, při 160 °C vzniká převážně naftalen-2-sulfonová kyselina:

"Sulfoskupina je substituent dezaktivující, další sulfonace probíhá do sousedního jádra, z kyseliny naftalen-1-sulfonové lze další sulfonací připravit: kyselinu naftalen-1,5-disulfonovou.

Z kyseliny naftalen-1-sulfonové i z kyseliny naftalen-2-sulfonové lze další sulfonací připravit kyselinu naftalen-1,6-disulfonovou a kyselinu naftalen-1,7-disulfonovou.

Z kyseliny naftalen-2-sulfonové lze další sulfonací připravit: kyselinu naftalen-1,6-disulfonovou a kyselinu naftalen-1,7-disulfonovou" (1):

Obr. 1: Další sulfonace naftalensulfonových kyselin

Sulfonace fenolu

Produkty závisí na teplotě, při nižší teplotě probíhá převážně do polohy 2 (ortho), při vyšší teplotě převážně do polohy 4 (para):

Sulfonace vypékáním

 Aminy se sulfonují tzv. vypékáním  – nejdříve vzniká sůl, ta se při teplotě kolem 200 °C rozkládá a vzniká sulfonová kyselina:

Sulfonace vypékáním - kyselina sulfanilová

Příprava sacharinu

Jako výchozí látka se používá toluen, podrobuje se chlorsulfonaci a následně amonolýze. Vzniklý produkt se dehydratuje, kvůli rozpustnosti se sacharin vyrábí ve formě soli.

Výroba sacharinu (2)

Použití sulfokyselin

Zavedením sulfoskupiny do molekuly se silně zvyšuje rozpustnost látky ve vodě. Tavením Na⁺ solí aromatických sulfonových kyselin s NaOH vznikají fenoláty, které se účinkem CO₂ a vody mění na volný fenol.

Kyseliny lze převést na jejich reaktivnější deriváty vhodnými halogenačními činidly. Vzniklé halogenidy se používají jako výchozí látky pro přípravu dalších derivátů sulfonových kyselin.

Používají se jako významné meziprodukty, sulfoskupina se často zavádí k zvýšení rozpustnosti dané látky (barviva): výroba vodorozpustných barev (azobarviv), výroba léčiv, výroba amidu o-toluensulfonové kyseliny (meziprodukt při výrobě sacharinu). Řada tenzidů (povrchově aktivních látek) jsou soli sulfonových kyselin (JAR).

Tenzidy

Jsou povrchově aktivní látky, snižují nebo odstraňují povrchové napětí kapalin. Používají se jako prací prostředky, smáčedla, emulgátory, pěnotvorné látky apod.

Soli sulfonových kyselin jako tenzidy:

Obr. 2: Struktura tenzidu

Sulfonamidy – amidy sulfonových kyselin

Jsou velmi významné deriváty, především deriváty kyseliny 4-aminobenzensulfonové. Používají se jako chemoterapeutika k léčbě infekčních onemocnění (jsou toxické pro bakterie), mají bakteriostatický účinek.                                                                                                                   

Obr. 3: Příprava sulfonamidu           

Zdroje

1.  CANOV, Michael.Sulfonace [online]. [cit. 18.5. 2014]. Dostupné z: http://canov.jergym.cz/mechanic/pravidla/armstron/1.gif  
2. Výroba sacharinu [online]. [cit. 5.11. 2014]. Dostupné z: http://canov.jergym.cz/jedy/sacharin.htm
3. VICHA, Robert. [online]. [cit. 18.5.2014]. Dostupné z: http://www.chemie.utb.cz/rvicha/SOC/supportfiles/DOCS/sira.doc

Obrázky

• Obr. 1: CANOV, Michael.Sulfonace [online]. [cit. 18.5. 2014]. Dostupné z: http://canov.jergym.cz/mechanic/pravidla/armstron/1.gif  
• Obr. 2: CHUPÁČ, Aleš a Yvona PUFFEROVÁ. Tenzidy: CH38 – Organické deriváty síry [online]. [cit. 10.12. 2014]. Dostupné z: http://fyz-chem.gkh.cz/prezentace/CH38.pptx
• Obr. 3: CHUPÁČ, Aleš a Yvona PUFFEROVÁ. Sulfonamidy: CH38 – Organické deriváty síry [online]. [cit. 10.12. 2014]. Dostupné z: http://fyz-chem.gkh.cz/prezentace/CH38.pptx
• Obr. 4: MAJER, Dušan.YOUTUBE.COM. Benzenesulfonic acid: 3D model [online].[cit. 10.12. 2014]. Dostupné z: https://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=fBeyoxI_no8
• Obr. 5: AUTOR:NEZNÁMÝ. WIKIPEDIA.ORG. Gerhard Domagk: Nobel Prize in Physiology or Medicine 1939 [online]. [cit. 10.12. 2014]. Dostupné z: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/d/df/Gerhard_Domagk_nobel.jpg
• Obr. 6: Biseptol [online].[cit. 10.12. 2014]. Dostupné z: http://www.docsimon.cz/article_images.php?action=sendtype&type=9&id=6897
• Obr. 7: CHEMGENERATION.COM. Salvarsan a Prontosil [online]. [cit. 5.11. 2014]. Dostupné z: http://chemgeneration.com/cz/milestones/salvarsan-a-prontosil.html

Testy