Ácido trifluorometanosulfónico

Estructura 2D ácido tríflico o ácido trifluorometanosulfónico
Estructura 2D ácido tríflico o ácido trifluorometanosulfónico

El ácido trifluorometanosulfónico, también conocido como ácido tríflico, TFMS, TFSA, HOTf o TfOH, es un ácido sulfónico con la fórmula química CF3SO3H. Es uno de los ácidos más fuertes. El ácido tríflico se utiliza principalmente en la investigación como catalizador para la esterificación. Es un líquido higroscópico, incoloro, ligeramente viscoso y es soluble en disolventes polares.

Historia

El ácido trifluorometanosulfónico fue sintetizado por primera vez en 1954 por Robert Haszeldine y Kidd mediante la siguiente reacción:

Síntesis del ácido trifluorometanosulfónico

El ácido trifluorometanosulfónico se produce industrialmente mediante la fluorización electroquímica (ECF) del ácido metansulfónico:

El CF3SO2F resultante se hidroliza, y la sal triflada resultante se preprotona. Alternativamente, el ácido trifluorometanosulfónico surge por oxidación del cloruro de trifluorometilsulfenilo:

El ácido tríflico se purifica mediante la destilación del anhídrido tríflico

Química

Estructura 3D ácido tríflico o ácido trifluorometanosulfónico
Estructura 3D ácido tríflico o ácido trifluorometanosulfónico

En el laboratorio, el ácido tríflico es útil en las protonaciones porque la base conjugada del ácido tríflico es no nucleófila. También se utiliza como titulante ácido en la titulación ácido-base no acuosa porque se comporta como un ácido fuerte en muchos disolventes (acetonitrilo, ácido acético, etc.) donde los ácidos minerales comunes (como HCl o H2SO4) son sólo moderadamente fuertes.

Con un Ka = 5×1014, pKa -14,7±2,0, el ácido tríflico se califica como superácido. Debe muchas de sus propiedades útiles a su gran estabilidad térmica y química. Tanto el ácido como su base conjugada CF3SO3, conocido como tríflato, resisten las reacciones de oxidación/reducción, mientras que muchos ácidos fuertes se oxidan, por ejemplo, el ácido perclórico o el nítrico.

El ácido tríflico no sulfona los sustratos, lo que puede ser un problema con el ácido sulfúrico, el ácido fluorosulfúrico y el ácido clorosulfónico. A continuación, se muestra una sulfonación prototípica, a la que no se somete el HOTf:

El ácido tríflico se vaporiza en el aire húmedo y forma un monohidrato sólido estable, CF3SO3H-H2O, punto de fusión 34 °C.

Formación de sales y complejos

El ligando triflate es lábil, reflejando su baja basicidad. El ácido trifluorometanosulfónico reacciona exotérmicamente con los carbonatos, hidróxidos y óxidos metálicos. A título ilustrativo, la síntesis de Cu(OTf)2

Los ligandos de cloruro pueden convertirse en los correspondientes triflatos:

Esta conversión se lleva a cabo en HOTf limpio a 100 °C, seguida de la precipitación de la sal al añadir el éter.

Aplicación del ácido trifluorometanosulfónico en química orgánica

El ácido tríflico reacciona con los haluros de acilo para dar anhídridos tríflicos mezclados, que son fuertes agentes de acilación, por ejemplo, en las reacciones de Friedel-Crafts.

El ácido trifluorometanosulfónico cataliza la reacción de los compuestos aromáticos con los cloruros de sulfonilo, probablemente también por medio de un anhídrido mixto del ácido sulfónico.

Este ácido además promueve otras reacciones similares a las de Friedel-Crafts, como el craqueo de alcanos y la alquilación de alquenos, que son muy importantes para la industria del petróleo. Estos catalizadores derivados del ácido tríflico son muy eficaces para isomerizar hidrocarburos de cadena lineal o ligeramente ramificados que pueden aumentar el índice de octano de un determinado combustible basado en el petróleo.

El ácido tríflico reacciona exotérmicamente con los alcoholes para producir éteres y olefinas.

Reacción de condensación de un ácido tríflico

La deshidratación da al anhídrido ácido, el anhídrido trifluorometanosulfónico, (CF3SO2)2º

Seguridad

El ácido tríflico es uno de los ácidos más fuertes. El contacto con la piel causa quemaduras severas con destrucción retardada del tejido. Al inhalarlo, causa espasmos fatales, inflamación y edema.

La adición de ácido tríflico a los disolventes polares puede ser peligrosamente exotérmica.

Para más información Triflic_acid