Сульфонові кислоти та їх похідні

Сульфонові кислоти містять у складі молекули сульфогрупу  SO₃H. Сполуки цього класу використовують у виробництві поверхнево-активних речовин (ПАР), штучних барвників та лікувальних засобів, тому вони мають дуже велике значення.

Будова та властивості сульфонових кислот

С ульфокислоти, подібно сірчаної кислоті, є сильними кислотами, у водному розчині вони повністю дисоціюють: ArSO₃H + H₂O  H₃O⁺ + ArSO₃^. Атом сірки сполучений з двома кисневими атомами та гідроксильною групою. Електронна густина зміщена до кисневих атомів, що спричинює додаткову поляризацію зв’язку О  Н і зумовлює кислотні властивості сульфонової групи. Проте сульфокислоти слабкіші за сірчану кислоту.

Б уло з’ясовано, що подвійних зв’язків у сульфогрупі взагалі немає, а негативний заряд сульфаніону розподілено між трьома кисневими атомами, тобто вони рівноцінні. Зв’язок S=О є семиполярним й утворюється за рахунок неподілених електронних пар атома сірки, який набуває при цьому позитивного заряду, а атом кисню - негативний заряд. Тому сульфогрупа не виявляє мезомерного ефекту (М=0), а виявляє тільки І-ефект.

13.2.3 Хімічні властивості сульфокислот

1. Утворення солей. (сульфонатів)

Натрієві солі алкансульфонових кислот (12-18 вуглецевих атомів) використовують в сучасних миючих засобах, що замінюють мило, зберігають добрі миючи властивості в жорсткій воді, навіть в морській. Для цих же цілей використовують алкілбензенсульфонові кислоти (ЛАБС)

2. Утворення похідних сульфокислот.

Наявність двох кисневих атомів у сульфогрупі хоча й сприяє іонізації водневого атома, але й водночас утруднює заміщення гідроксильної групи. Тому з усіх похідних сульфокислот тільки хлорангідриди отримують безпосередньо із сульфокислот.

а) Утворення сульфонілхлоридів (сульфохлоридів).

п-толуенсульфохлорид

Хлорангідриди сульфонових кислот надзвичайно реакційноздатні сполуки, тому їх використовують для синтезу інших похідних сульфонових кислот. Сульфохлориди гідролізуються водою до сульфонових кислот і відновлюються до тіолів.

б) Утворення сульфоестерів

Сульфохлориди взаємодіють із спиртами в присутності гідроксиду натрію або піридину з утворенням алкілсульфонатів - сульфоестерів:

Сульфоестери використовують як алкілюючі агенти.

в) Утворення сульфонамідів (сульфамідів).

Сульфаміди утворюються при взаємодії сульфохлоридів з амоніаком або з первинними й вторинними амінами:

N-метилбензенсульфамід

При взаємодії сульфамідів з гіпохлоритом утворюються N-хлорасульфаміди - поширені засоби для дезинфекції – сильніші антисептики.

дихлорамін Б хлорамін Б

Багато похідних сульфамідів знайшли використання в медицині, як ефективні ліки. Близько 40 похідних аміду сульфанілової кислоти це препарати антимікробної дії широкого спектру - сульфаніламіди.

О-Толуенсульфамід використовують для синтезу сахарину – речовини, що в 550 разів солодша за цукор:

3. Реакції нуклеофільного заміщення сульфогрупи (лужне стоплення)

Натрієві солі ароматичних сульфокислот при нагріванні з нуклеофільними реагентами (200-300^оС) перетворюються на різноманітні сполуки. Це знайшло широке застосування в органічному синтезі:

4. Електрофільне заміщення сульфогрупи.

При нагріванні ароматичних сульфонових кислот з розведеною соляною кислотою або обробкою перегрітою парою вони гідролізуються (сульфогрупа “змивається”):

Деякі сульфокислоти десульфуються навіть при перегонці з водяною парою

5. Реакції по бензеновому ядру.

Сульфогрупа виявляє сильний І-ефект, пасивує ароматичне ядро до S_E-реакцій та орієнтує наступне заміщення в мета-положення (орієнтант ІІ роду):