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 Ca2+, 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 (SR, 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
- CANOV, Michael.Sulfonace [online]. [cit. 18.5. 2014]. Dostupné z: http://canov.jergym.cz/mechanic/pravidla/armstron/1.gif
- Výroba sacharinu [online]. [cit. 5.11. 2014]. Dostupné z: http://canov.jergym.cz/jedy/sacharin.htm
- 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
Úkol
Znázorni podrobný mechanismus sulfonace toluenu, zapiš i souhrnnou reakci!
Úkol
Znázorni sulfonaci o-toluidinu!
Čti také
Sacharin ![](data:image/png;base64,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)
Je nejstarším „umělým sladidlem“. Byl objeven v roce 1879 Constantine Fahlbergem, jedná se o náhodný objev. Jeho sladivost 550 x sladší než cukr řepný. Tělo z něj nezískává žádnou energii, protože nedochází k jeho odbourávání. Nevýhodou je špatná rozpustnost ve vodě, proto se musí používat ve formě sodné soli, čímž sladivost nepatrně klesá. Je odolný při teplotách do 100°C i mrazuvzdorný, je stabilní i ve vodných roztocích. Rozvoj jeho používání nastal během 1. světové války (2).
Více na:
Historie
Sulfonamidy
Obsahují sulfonamidovou skupinu –SO2NH2, jsou odvozené od sulfanilamidu. Působí bakteriostaticky (proti Streptokokům - angina, spála, záněty, kapavka, hemofily, chlamydie, toxoplazmóza). První průmyslově vyráběný sulfonamidový lék byl Prontosil, původně používaný jako textilní barvivo. Chemici hledali antibakteriální lék k léčbě streptokokové infekce – záněty plic (bakteristatické účinky).
Objev: v r.1932 německý biochemik Gerhard Domagk (v r. 1939 Nobelovu cenu za medicínu). Nejčastěji používaný lék ve 2.sv.válce na zranění – infekce (HVLP: DIPRON).
Příklad
Významná sulfonamidová léčiva