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Ácido sulfámico

El ácido sulfámico , también conocido como ácido amidosulfónico , ácido amidosulfúrico , ácido aminosulfónico , ácido sulfámico y ácido sulfamídico , es un compuesto molecular con la fórmula H3NSO3 . Este compuesto incoloro y soluble en agua tiene muchas aplicaciones. El ácido sulfámico se funde a 205 °C antes de descomponerse a temperaturas más altas en agua , trióxido de azufre , dióxido de azufre y nitrógeno . [ 2]

El ácido sulfámico (H 3 NSO 3 ) puede considerarse un compuesto intermedio entre el ácido sulfúrico (H 2 SO 4 ) y la sulfamida (H 4 N 2 SO 2 ), que reemplaza de manera efectiva un grupo hidroxilo (–OH) por un grupo amina (–NH 2 ) en cada paso. Este patrón no puede extenderse más en ninguna dirección sin descomponer la fracción sulfonilo (–SO 2 –). Los sulfamatos son derivados del ácido sulfámico.

Producción

El ácido sulfámico se produce industrialmente mediante el tratamiento de la urea con una mezcla de trióxido de azufre y ácido sulfúrico (o óleum ). La conversión se lleva a cabo en dos etapas, la primera de las cuales es la sulfamación :

OC(NH2 ) 2 + SO3 OC(NH2 ) ( NHSO3H )
OC ( NH2 ) ( NHSO3H ) + H2SO4CO2 + 2 H3NSO3

De esta manera, en 1995 se produjeron aproximadamente 96.000 toneladas. [3]

Estructura y reactividad

Modelo de bolas y palos de un zwitterión de ácido sulfámico tal como se presenta en el estado cristalino. [4]

El compuesto está bien descrito por la fórmula H 3 NSO 3 , no por el tautómero H 2 NSO 2 (OH). Las distancias de enlace relevantes son 1,44  Å para el S=O y 1,77 Å para el S–N. La mayor longitud del S–N es consistente con un enlace simple. [5] Además, un estudio de difracción de neutrones localizó los átomos de hidrógeno, los tres a 1,03  Å de distancia del nitrógeno. [4] En estado sólido, la molécula de ácido sulfámico está bien descrita por una forma zwitteriónica .

Hidrólisis

El sólido cristalino es indefinidamente estable en condiciones de almacenamiento ordinarias, sin embargo, las soluciones acuosas de ácido sulfámico se hidrolizan lentamente a bisulfato de amonio , de acuerdo con la siguiente reacción:

H3NSO3 + H2O → [ NH4 ] + [ HSO4 ]

Su comportamiento se asemeja al de la urea , (H 2 N) 2 CO. Ambos presentan grupos amino unidos a centros de atracción de electrones que pueden participar en enlaces deslocalizados . Ambos liberan amoníaco al calentarlos en agua; la urea libera CO 2 mientras que el ácido sulfámico libera ácido sulfúrico .

Reacciones ácido-base

El ácido sulfámico es un ácido moderadamente fuerte, K a  = 0,101 (p K a  = 0,995). Debido a que el sólido no es higroscópico , se utiliza como estándar en acidimetría (ensayos cuantitativos del contenido de ácido).

H 3 NSO 3 + NaOH → NaH 2 NSO 3 + H 2 O

La doble desprotonación se puede efectuar en amoníaco líquido para dar el anión HNSO2−
3
. [6]

H3NSO3 + 2NH3HNSO2−
3
2NH+
4

Reacción con ácidos nítrico y nitroso

Con el ácido nitroso , el ácido sulfámico reacciona para dar nitrógeno :

HNO2 + H3NSO3H2SO4 + N2 + H2O

Mientras que con ácido nítrico concentrado se obtiene óxido nitroso : [7]

HNO3 + H3NSO3H2SO4 + N2O + H2O

Reacción con hipoclorito

La reacción del exceso de iones hipoclorito con ácido sulfámico o una sal de sulfamato da lugar reversiblemente a iones N -clorosulfamato y N , N -diclorosulfamato. [8] [9] [10]

HClO + H 2 NSO 3 H → ClNHSO 3 H + H 2 O
HClO + ClNHSO 3 H ⇌ Cl 2 NSO 3 H + H 2 O

Por lo tanto, el ácido sulfámico se utiliza como eliminador de hipoclorito en la oxidación de aldehídos con clorito, como la oxidación de Pinnick .

Reacción con alcoholes

Al calentarse, el ácido sulfámico reaccionará con los alcoholes para formar los organosulfatos correspondientes . Es más caro que otros reactivos para hacer esto, como el ácido clorosulfónico o el óleum , pero también es significativamente más suave y no sulfona los anillos aromáticos. Los productos se producen como sus sales de amonio . Tales reacciones pueden ser catalizadas por la presencia de urea . [10] Sin la presencia de ningún catalizador, el ácido sulfámico no reaccionará con el etanol a temperaturas inferiores a 100 °C.

ROH + H2NSO3H → ROS( O ) 2O+ NH+
4

Un ejemplo de esta reacción es la producción de sulfato de 2-etilhexilo, un agente humectante utilizado en la mercerización del algodón, mediante la combinación de ácido sulfámico con 2-etilhexanol .

Aplicaciones

El ácido sulfámico es principalmente un precursor de compuestos de sabor dulce. La reacción con ciclohexilamina seguida de la adición de NaOH produce C6H11NHSO3Na , ciclamato de sodio . Otros compuestos relacionados son los edulcorantes , como el acesulfamo de potasio .

Los sulfamatos se han utilizado en el diseño de muchos tipos de agentes terapéuticos, como antibióticos , inhibidores de la transcriptasa inversa del virus de la inmunodeficiencia humana (VIH) de tipo nucleósido/nucleótido , inhibidores de la proteasa del VIH (IP), fármacos contra el cáncer ( inhibidores de la sulfatasa esteroide y de la anhidrasa carbónica ), fármacos antiepilépticos y fármacos para bajar de peso . [11]

Agente de limpieza

El ácido sulfámico se utiliza como agente de limpieza ácido y agente desincrustante, a veces puro o como componente de mezclas patentadas, normalmente para metales y cerámicas . Para fines de limpieza, existen diferentes grados según la aplicación, como el grado GP, el grado SR y el grado TM. Se utiliza con frecuencia para eliminar óxido y cal , reemplazando al ácido clorhídrico más volátil e irritante , que es más barato. A menudo es un componente del descalcificador doméstico, por ejemplo, Lime-A-Way Thick Gel contiene hasta un 8% de ácido sulfámico y tiene un pH de 2,0 a 2,2, [12] o detergentes utilizados para eliminar la cal . En comparación con la mayoría de los ácidos minerales fuertes comunes , el ácido sulfámico tiene propiedades desincrustantes de agua deseables, baja volatilidad y baja toxicidad. Forma sales solubles en agua de calcio, níquel y hierro férrico.

El ácido sulfámico es preferible al ácido clorhídrico en el uso doméstico debido a su seguridad intrínseca. Si se mezcla por accidente con productos a base de hipoclorito, como la lejía , no forma gas de cloro , mientras que los ácidos más comunes sí lo hacen; la reacción ( neutralización ) con amoníaco produce una sal, como se muestra en la sección anterior.

También se utiliza en la limpieza industrial de equipos de lecherías y cervecerías. Aunque se considera menos corrosivo que el ácido clorhídrico , a menudo se añaden inhibidores de corrosión a los limpiadores comerciales de los que forma parte. Se puede utilizar como desincrustante para desincrustar máquinas de café y espresso domésticas y en limpiadores de dentaduras postizas.

Otros usos

Pulido de plata

Según la etiqueta del producto de consumo, el producto de limpieza de plata TarnX contiene tiourea , un detergente , y ácido sulfámico.

Referencias

  1. ^ Candlin, JP; Wilkins, RG (1960). "828. Compuestos de azufre y nitrógeno. Parte I. La hidrólisis del ion sulfamato en ácido perclórico". Journal of the Chemical Society (Resumen) : 4236–4241. doi :10.1039/JR9600004236.
  2. ^ Yoshikubo, K.; Suzuki, M. (2000). "Ácido sulfámico y sulfamatos". Enciclopedia Kirk-Othmer de tecnología química . doi :10.1002/0471238961.1921120625151908.a01. ISBN 0471238961.
  3. ^ Metzger, A. "Ácido sulfámico". Enciclopedia de química industrial de Ullmann . Weinheim: Wiley-VCH. doi :10.1002/14356007.a25_439. ISBN 978-3527306732.
  4. ^ ab Sass, RL (1960). "Un estudio de difracción de neutrones sobre la estructura cristalina del ácido sulfámico". Acta Crystallographica . 13 (4): 320–324. Código Bibliográfico :1960AcCry..13..320S. doi : 10.1107/S0365110X60000789 .
  5. ^ Bats, JW; Coppens, P.; Koetzle, TF (1977). "La densidad de carga experimental en moléculas que contienen azufre. Un estudio de la densidad electrónica de deformación en ácido sulfámico a 78 K por difracción de rayos X y neutrones". Acta Crystallographica Sección B . 33 (1): 37–45. Bibcode :1977AcCrB..33...37B. doi :10.1107/S0567740877002568.
  6. ^ Clapp, LB (1943). "Ácido sulfámico y sus usos". Revista de educación química . 20 (4): 189–346. Código Bibliográfico :1943JChEd..20..189C. doi :10.1021/ed020p189.
  7. ^ Dzelzkalns, Laila; Bonner, Francis (1978). "Reacción entre los ácidos nítrico y sulfámico en solución acuosa". Química inorgánica . 17 (12): 3710–3711. doi :10.1021/ic50190a080.
  8. ^ US 3328294, Self, Richard W.; Watkins Jr., Joseph C. y Sullins, John K., "Proceso para el control de microorganismos en corrientes de proceso", publicado el 27 de junio de 1967, asignado a Mead Corp. 
  9. ^ FR 2087248, "Systèmes aqueux stables contenant un composé N-hidrogéné et un hipohalogénite [Sistemas acuosos estables que contienen un compuesto N-hidrogenado y un hipohalogenito]", publicado el 31 de diciembre de 1971, asignado a EI Du Pont De Nemours & Co. 
  10. ^ ab Benson, G. Anthony; Spillane, William J. (1980). "Ácido sulfámico y sus derivados N -sustituidos". Chemical Reviews . 80 (2): 151–186. doi :10.1021/cr60324a002. ISSN  0009-2665.
  11. ^ Winum, JY; Scozzafava, A.; Montero, JL; Supuran, CT (2005). "Sulfamatos y su potencial terapéutico". Medicinal Research Reviews . 25 (2): 186–228. doi : 10.1002/med.20021 . PMID  15478125. S2CID  1361433.
  12. ^ Benckiser, Reckitt. ​​"Hoja de datos de seguridad de materiales: limpiador de cal, calcio y óxido Lime-A-Way (pulverizador con gatillo)" (PDF) . hardwarestore.com . Archivado desde el original (PDF) el 17 de julio de 2011 . Consultado el 17 de noviembre de 2011 .
  13. ^ Kazachenko, Aleksandr S.; Issaoui, Noureddine; Medimagh, Mouna; Yu. Fetisova, Olga; Berezhnaya, Yaroslava D.; Elsuf'ev, Evgeniy V.; Al-Dossary, Omar M.; Wojcik, Marek J.; Xiang, Zhouyang; Bousiakou, Leda G. "Estudio experimental y teórico del disolvente eutéctico profundo de ácido sulfámico-urea" (2022) Journal of Molecular Liquids, 363, art. No. 119859 DOI: 10.1016/j.molliq.2022.119859

Lectura adicional