Ácido sulfônico: estrutura, nomenclatura, propriedades, usos - Ciência - 2023

Contente

Se denomina ácido sulfônico a qualquer composto pertencente a uma família de ácidos orgânicos que têm um ou mais grupos -SO₃H. Certos autores indicam que o composto original é H - S (= O)₂–OH, ou H - SO₃H, denominado por alguns “ácido sulfônico”, porém, sua existência não foi comprovada, nem de seu tautômero HO - S (= O) –OH conhecido como “ácido sulfuroso” (H₂SW₃), nem em solução nem em estado sólido.

Este último é devido ao fato de que o gás dióxido de enxofre (IV) (SO₂) em solução aquosa é convertido em íons bissulfito (HSO₃^–) e pirossulfito (S₂OU₅²^–) e não H - S (= O)₂–OH e HO - S (= O) –OH, o que já foi comprovado por muitos pesquisadores químicos.

Na fórmula química R-SO₃H de ácidos sulfônicos, o grupo R pode representar esqueletos de hidrocarbonetos, tais como alcano, alceno, alcino e / ou areno. Estes podem conter funcionalidades secundárias, como grupos éster, éter, cetona, amino, amido, hidroxila, carboxila e fenol, entre muitos outros.

Os ácidos sulfônicos são ácidos fortes, comparáveis ao ácido sulfúrico (H₂SW₄) No entanto, o resto de suas propriedades depende muito da natureza do grupo R.

Alguns têm tendência a dessulfonar a altas temperaturas. Isso significa perder o grupo - SO₃H, especialmente quando R é um areno, isto é, com um anel benzeno.

Os ácidos sulfônicos têm muitos usos, dependendo de sua fórmula química. Eles são usados para fazer corantes, tintas, polímeros, detergentes, surfactantes e como catalisadores, entre muitas outras aplicações.

Estrutura

Os ácidos sulfônicos têm a seguinte estrutura geral:

Nomenclatura

- Grupo sulfonil: –SO₃H

- Alquil ou ácido arilsulfônico: R - SO₃H

Propriedades

Eles são sólidos ou líquidos dependendo do grupo R. Os ácidos sulfônicos gasosos não são conhecidos.

As suas propriedades físicas e químicas dependem da natureza do grupo R. A título de comparação, são apresentadas algumas propriedades físicas de vários ácidos sulfônicos, onde o p.f. é o ponto de fusão e e. é o ponto de ebulição a uma pressão de 1 mm Hg:

- Ácido metanossulfônico: m.p. 20 ° C; por exemplo. 122 ºC

- Ácido etanossulfônico: p.f. -17 ° C; por exemplo. 123 ºC

- Ácido propanossulfônico: m.p. -37 ° C; por exemplo. 159 ºC

- Ácido butanossulfônico: m.p. -15 ° C; por exemplo. 149 ºC

- Ácido pentanossulfônico: m.p. -16 ° C; por exemplo. 163 ºC

- Ácido hexanossulfônico: m.p. 16 ° C; por exemplo. 174 ºC

- Ácido benzenossulfônico: p.f. 44 ° C; por exemplo. 172 ºC (a 0,1 mm Hg)

- ácido p-toluenossulfônico: m.p. 106 ° C; por exemplo. 182 ºC (a 0,1 mm Hg)

- Ácido 1-naftalenossulfônico: p.f. 78 ° C; por exemplo. Se decompõe

- Ácido 2-naftalenossulfônico: p.f. 91 ° C; por exemplo. Se decompõe

- Ácido trifluorometanossulfônico: m.p. Nenhum; por exemplo. 162 ºC (a 760 mm Hg)

A maioria é muito solúvel em água.

Os ácidos sulfônicos são ainda mais ácidos do que os ácidos carboxílicos. Eles têm acidez semelhante à do ácido sulfúrico. Eles se dissolvem em hidróxido de sódio aquoso e bicarbonato aquoso.

Eles tendem a sofrer decomposição térmica, causando sua dessulfonação. No entanto, vários dos ácidos alcanossulfônicos são termicamente estáveis. Em particular, o ácido triflico, ou ácido trifluorometanossulfônico, é um dos ácidos mais fortes e estáveis.

Obtendo

Ácidos arilsulfônicos

Os ácidos arilsulfônicos são geralmente obtidos pelo processo de sulfonação que consiste na adição de um excesso de ácido sulfúrico fumante (H₂SW₄ + SO₃) ao composto orgânico que queremos sulfonar.Por exemplo, no caso do benzeno:

C₆H₆ + H₂SW₄ <--> C₆H₅SW₃H + H₂OU

ArH + H₂SW₄ <--> ArSO₃H + H₂OU

A sulfonação é uma reação reversível, porque se adicionarmos ácido diluído ao ácido benzenossulfônico e passarmos o vapor sobre a mistura, a reação de eliminação do SO é gerada.₃ e o benzeno é destilado por volatilização com vapor, mudando o equilíbrio para a dessulfonação.

O agente de sulfonação também pode ser ácido clorossulfúrico, ácido sulfâmico ou íons sulfito.

Ácidos alquilsulfônicos

Estes são geralmente preparados por sulfo-oxidação, ou seja, tratamento de compostos alquil com dióxido de enxofre SO₂ e oxigênio O₂, ou diretamente com trióxido de enxofre SO₃.

RH + 2SO₂ + O₂ + H₂O <--> R-SO₃H + H₂SW₄

Formulários

Ácidos sulfônicos para surfactantes e detergentes

Os ácidos alquilbenzenossulfônicos são usados na fabricação de detergentes, sendo um dos usos mais difundidos.

Eles são usados para detergentes em pó e líquidos, detergentes pesados ou leves, sabonetes e xampus.

Os componentes ativos são geralmente alquilbenzenossulfonatos lineares e ésteres graxos sulfonados.

Os surfactantes comuns são sulfonatos de alfa-olefina, sulfobetaínas, sulfossuccinatos e dissulfonatos de alquil difenil éter, todos derivados de ácidos sulfônicos.

Esses surfactantes são usados em produtos de limpeza doméstica, cosméticos, polimerização em emulsão e na fabricação de produtos químicos agrícolas.

Os lignossulfonatos são derivados sulfonados da lignina, um componente da madeira, e são usados como agentes dispersantes, agentes umectantes, aglutinantes em pavimentos de estradas, aditivos para concreto e aditivos na alimentação animal.

Um derivado do ácido 2-naftalenossulfônico é usado para aumentar a fluidez e a resistência do cimento.

Corantes à base de ácido sulfônico

Estes são geralmente caracterizados por conter grupos azo (R - N = N - R).

Corantes derivados de ácidos sulfônicos são úteis na indústria de papel, tintas como impressão a jato de tinta, têxteis como algodão e lã, cosméticos, sabões, detergentes, alimentos e couro.

Um derivado do ácido 2-naftalenossulfônico também é usado como ingrediente em tinturas para fibras de poliéster e para curtimento de couro.

Amidas à base de ácido sulfônico

Nesta aplicação, destacam-se os ácidos acrilamidosulfônicos, que são utilizados em polímeros, na eletrodeposição de metais, como surfactantes e em revestimentos transparentes antiembaçantes.

Eles também são usados na recuperação aprimorada de óleo, como agentes de liberação de solo, em misturas de cimento hidráulico e como aceleradores de cura de resina aminoplástica.

Algumas sulfonamidas também são usadas em fórmulas de inseticidas.

Ácidos sulfônicos fluorados e clorofluorados

Neste grupo, o ácido trifluorometanossulfônico (CF₃SW₃H), também chamado de ácido triflico. Este composto tem aplicação em síntese orgânica e catálise de reações de polimerização.

Por exemplo, é usado na polimerização de olefinas aromáticas e na preparação de hidrocarbonetos parafínicos altamente ramificados com um alto índice de octanagem para uso como aditivos de combustível.

Outra de suas aplicações é na síntese de polímeros condutores, por meio de dopagem de poliacetileno, produzindo por exemplo semicondutores do tipo p.

Ácido pentafluoroetanossulfônico (CF₃CF₂SW₃H), conhecido como ácido pentafílico, é usado como um catalisador orgânico.

O ácido trifílico é reagido com pentafluoreto de antimônio (SbF₅) gerando o chamado "Ácido Mágico", um catalisador superácido que serve para alquilação e polimerização.

Nafion-H é uma resina de troca iônica de um ácido sulfônico polimérico perfluorado. Tem a característica de ser inerte aos ácidos fortes, bases fortes e agentes redutores ou oxidantes.

Em aplicações biológicas

Um dos poucos ácidos sulfônicos encontrados na natureza é o ácido 2-aminoetanossulfônico, mais conhecido como taurina, um aminoácido essencial especialmente para gatos.

A taurina sintética e natural é usada como suplemento em alimentos para animais de estimação e produtos farmacêuticos.

O ácido taurocólico é um componente da bile e participa da digestão das gorduras. O ácido 8-anilino-1-naftalenossulfônico, um composto sintético, é usado no estudo de proteínas.

Copolímeros de ureia e ácido bifenildissulfônico têm sido usados como inibidores do vírus herpes simplex.

Alguns derivados de ácidos sulfônicos, como o poliestireno sulfonado e alguns compostos azo, apresentam propriedades inibidoras do vírus da imunodeficiência humana ou HIV, sem serem excessivamente tóxicos para as células hospedeiras.

Na industria do petróleo

Certas misturas de derivados de petróleo, que incluem uma combinação variada de aromáticos, parafinas e aromáticos polinucleares, podem ser sulfonadas e então neutralizadas de maneira adequada, gerando os chamados sulfonatos de petróleo.

Esses sulfonatos de petróleo têm a propriedade de diminuir a tensão superficial do petróleo na água. Além disso, sua produção é de baixíssimo custo.

Por esse motivo, sulfonatos de petróleo são injetados em poços de petróleo existentes, ajudando a recuperar o petróleo bruto que está preso entre as rochas abaixo da superfície.

Na formulação de lubrificantes e anticorrosivos

Os sulfonatos de magnésio são amplamente usados em formulações de lubrificantes como aditivos dispersantes de detergente e para prevenir o desgaste.

Sulfonatos de bário são usados em lubrificantes de rolamentos antifricção usados em aplicações de alta velocidade. Sulfonatos de sódio e cálcio são usados em lubrificantes e graxas de engrenagens para melhorar as propriedades de extrema pressão.

Os sais de magnésio de ácidos sulfônicos também são úteis em aplicações anticorrosivas, como revestimentos, graxas e resinas.

Referências

Falk, Michael e Giguere, Paul A. (1958). Sobre a natureza do ácido sulfuroso. Canadian Journal of Chemistry, Vol. 36, 1958. Recuperado de nrcresearchpress.com
Betts, R.H. e Voss, R.H. (1970). A cinética da troca de oxigênio entre o íon sulfito e a água. Canadian Journal of Chemistry, Vol. 48, 1970. Recuperado de nrcresearchpress.com
Cotton, F.A. e Wilkinson, G. (1980). Química Inorgânica Avançada. Quarta edição. Capítulo 16. John Wiley & Sons.
Kirk-Othmer (1994). Enciclopédia de Tecnologia Química. Volume 23. Quarta edição. John Wiley & Sons.
Kosswig, Kurt. (2012). Surfactantes. Enciclopédia de Química Industrial de Ullmann, Vol. 35. Wiley-VCH Verlag GmbH & Co.