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Sulfonación aromática

En química orgánica , la sulfonación aromática es una reacción orgánica en la que un átomo de hidrógeno en un areno se reemplaza por un grupo funcional de ácido sulfónico ( -SO 2 OH ) en una sustitución aromática electrófila . [1] Los ácidos arilsulfónicos se utilizan como detergentes , colorantes y medicamentos .

Estequiometría y mecanismo.

El trióxido de azufre es el ingrediente activo en muchas reacciones de sulfonación.

Las condiciones típicas implican calentar el compuesto aromático con ácido sulfúrico: [2]

C 6 H 6 + H 2 SO 4 → C 6 H 5 SO 3 H + H 2 O

El trióxido de azufre o su derivado protonado es el electrófilo real en esta sustitución aromática electrófila.

Para lograr el equilibrio, se pueden agregar agentes deshidratantes como el cloruro de tionilo .

C 6 H 6 + H 2 SO 4 + SOCl 2 → C 6 H 5 SO 3 H + SO 2 + 2 HCl

El ácido clorosulfúrico también es un agente eficaz:

C 6 H 6 + HSO 3 Cl → C 6 H 5 SO 3 H + HCl

A diferencia de la nitración aromática y la mayoría de las otras sustituciones aromáticas electrófilas, esta reacción es reversible . La sulfonación tiene lugar en condiciones ácidas concentradas y la desulfonación es el modo de acción en un ácido acuoso caliente diluido. La reacción es muy útil para proteger el sistema aromático debido a esta reversibilidad. Debido a sus efectos de extracción de electrones , se pueden utilizar grupos protectores de sulfonato para evitar la sustitución aromática electrófila. También pueden instalarse como grupos directores para afectar la posición donde se puede realizar una sustitución. [3]

Métodos de sulfonación especializados.

Se han desarrollado muchos métodos para introducir grupos sulfonato además de la sulfonación directa.

reacción de piria

Una reacción con nombre clásico es la reacción de Piria ( Rafaele Piria , 1851) en la que el nitrobenceno reacciona con un bisulfito metálico formando un ácido aminosulfónico como resultado de la reducción y sulfonación combinadas del grupo nitro . [4] [5]

La reacción de Piria

Proceso de sulfonación de Tyrer.

En el proceso de sulfonación de Tyrer (1917), [6] en algún momento de importancia tecnológica, se hace pasar vapor de benceno a través de un recipiente que contiene 90% de ácido sulfúrico cuya temperatura se aumenta de 100 a 180°C. El agua y el benceno se eliminan continuamente en un condensador y la capa de benceno se devuelve al recipiente. De esta forma se obtiene un rendimiento del 80%.

Síntesis de ácido sulfanílico a partir de anilina y ácido sulfúrico. [7]

Aplicaciones

Los ácidos sulfónicos aromáticos son intermediarios en la preparación de colorantes y muchos productos farmacéuticos. La sulfonación de anilinas conduce a un gran grupo de sulfonamidas .

Allura Red AC , un colorante alimentario, se elabora mediante un proceso de varios pasos que incluye dos sulfonaciones.

La sulfonación del poliestireno se utiliza para producir poliestireno sulfonato de sodio , una resina de intercambio iónico común para ablandar el agua .

Reacciones de ácidos arilsulfónicos.

Como grupo funcional , los ácidos arilsulfónicos sufren desulfonación cuando se calientan en agua:

R-C 6 H 4 SO 3 H + H 2 O → R-C 6 H 5 + H 2 SO 4

Cuando se tratan con una base fuerte, los derivados del ácido bencenosulfónico se convierten en fenoles. [8]

C 6 H 5 SO 3 H + 2 NaOH → C 6 H 5 OH + Na 2 SO+3H2O

Ver también

Referencias

  1. ^ March, Jerry (1985), Química orgánica avanzada: reacciones, mecanismos y estructura, tercera edición, Nueva York: Wiley, ISBN 9780471854722, OCLC  642506595.
  2. ^ Otto Lindner, Lars Rodefeld "Ácidos bencenosulfónicos y sus derivados" en la Enciclopedia de química industrial de Ullmann 2005, Wiley-VCH, Weinheim. doi :10.1002/14356007.a03_507
  3. ^ TW> Graham Solomons: Química orgánica , 11.a edición, Wiley, Hoboken, Nueva Jersey, 2013, p. 676, ISBN 978-1-118-13357-6
  4. ^ Piria, Raffaele (1851). "Über einige Produkte der Einwirkung des schwefligsäuren Ammoniaks auf Nitronaphtalin". Annalen der Chemie und Pharmacie . 78 : 31–68. doi :10.1002/jlac.18510780103. ISSN  0075-4617.
  5. ^ LA REACCIÓN PIRIA. I. LA REACCIÓN GENERAL WH Hunter, Murray M. Sprung J. Am. Química. Soc. , 1931, 53 (4), págs. 1432–1443 doi :10.1021/ja01355a037.
  6. ^ Patente estadounidense 1.210.725
  7. ^ Siegfried Hauptmann: Organische Chemie , 2.ª edición, VEB Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie, Leipzig, 1985, p. 511, ISBN 3-342-00280-8
  8. ^ WW Hartman (1923). " p -cresol". Síntesis orgánicas . 3 : 37. doi : 10.15227/orgsyn.003.0037.