Struktura

Sulfonové kyseliny

Sulfonové kyseliny R - SO3H

Jsou nejvýznamnější z organických sirných derivátů. Odvozují se náhradou jednoho nebo více atomů vodíku v molekule uhlovodíku sulfoskupinou.

Charakteristika

Funkční skupina je  sulfoskupina -SO3H.

Obecný vzorec: R – SO3H alkansulfonové kyseliny; Ar SO3H arylsulfonové kyseliny.

Názvosloví

Podstatné jméno kyselina a přídavné jméno vzniklé spojením názvu základního uhlovodíku a (lokant)+přípony -sulfonová kyselina.

Tab. 1: Názvy sulfonových kyselin

Vlastnosti

Jsou to látky bezbarvé, krystalické, dobře rozpustné ve vodě. Z roztoků krystalizují jako sodné soli po vysolení chloridem sodným. Ve vodě jsou rozpustné i soli Ca2+, Ba2+ a Pb2+. Zaváděním sulfoskupiny se převádějí organické sloučeniny na sloučeniny rozpustné ve vodě.

Mají charakter kyselin, jsou silnější než karboxylové kyseliny. Ve vodném roztoku dochází k disociaci a odštěpování H+:

R-SO3H + H2O → R-SO3- + H3O+.

S alkalickými hydroxidy reagují za vzniku solí:

H3C-SO3H + NaOH → H3C-SO3Na + H2O.

Alifatické sulfonové kyseliny

Nejvýznamnější jsou kyseliny s dlouhým řetězcem, jejich alkalické soli mají silné detergenční vlastnost. Tyto vlastnosti uplatňují i v tvrdé vodě.

Příprava

Lze je získat oxidací thiolů nebo radikálovou sulfochlorací, případně sulfooxidací alkanů.

Oxidací thioalkoholů vznikají primárně disulfidy, prudší oxidace vede ke vzniku sulfonových kyselin (ox. č. HNO3, H2O2).

R - SH + 3 H2O2 → R - SO3H + 3 H2O

Sulfochlorace (SR, UV záření)

R - H + SO2 + Cl2 → R - SO2Cl + HCl chlorid alkansulfonové kyselin

Hydrolýza chloridů

R - SO2Cl + 2 NaOH → R - SO3Na + NaCl + H2O  vzniká sodná sůl sulfonové kyseliny

Sulfooxidace

R - H + SO2 + 1/2 O2 → R - SO3H (kat. V2O5)

Působením kyseliny chlorsulfonové na nasycené uhlovodíky vzniká směs kyseliny a jejího chloridu.

R - H + Cl - SO3H  → R - SO3H + HCl  (R - SO2Cl + H2O)

Aromatické sulfonové kyseliny

Vlastnosti jsou podobné jako kyselin alifatických. Sulfoskupina je substituent 2. třídy, má –I a –M efekt.

Příprava

Vyrábějí se sulfonací arenů:

obrazek

Příprava kyseliny benzensulfonové

Sulfonace naftalenu

 Vznikají různé sulfonové kyseliny v závislosti na podmínkách; při teplotě 60-80 °C je hlavním produktem naftalen-1-sulfonová kyselina, při 160 °C vzniká převážně naftalen-2-sulfonová kyselina:

"Sulfoskupina je substituent dezaktivující, další sulfonace probíhá do sousedního jádra, z kyseliny naftalen-1-sulfonové lze další sulfonací připravit: kyselinu naftalen-1,5-disulfonovou.

Z kyseliny naftalen-1-sulfonové i z kyseliny naftalen-2-sulfonové lze další sulfonací připravit kyselinu naftalen-1,6-disulfonovou a kyselinu naftalen-1,7-disulfonovou.

Z kyseliny naftalen-2-sulfonové lze další sulfonací připravit: kyselinu naftalen-1,6-disulfonovou a kyselinu naftalen-1,7-disulfonovou" (1):

obrazek

Obr. 1: Další sulfonace naftalensulfonových kyselin

Sulfonace fenolu

Produkty závisí na teplotě, při nižší teplotě probíhá převážně do polohy 2 (ortho), při vyšší teplotě převážně do polohy 4 (para):

Sulfonace vypékáním

 Aminy se sulfonují tzv. vypékáním  – nejdříve vzniká sůl, ta se při teplotě kolem 200 °C rozkládá a vzniká sulfonová kyselina:

obrazek

Sulfonace vypékáním - kyselina sulfanilová

Příprava sacharinu

Jako výchozí látka se používá toluen, podrobuje se chlorsulfonaci a následně amonolýze. Vzniklý produkt se dehydratuje, kvůli rozpustnosti se sacharin vyrábí ve formě soli.

obrazek

Výroba sacharinu (2)

Použití sulfokyselin

Zavedením sulfoskupiny do molekuly se silně zvyšuje rozpustnost látky ve vodě. Tavením Na+ solí aromatických sulfonových kyselin s NaOH vznikají fenoláty, které se účinkem CO2 a vody mění na volný fenol.

Kyseliny lze převést na jejich reaktivnější deriváty vhodnými halogenačními činidly. Vzniklé halogenidy se používají jako výchozí látky pro přípravu dalších derivátů sulfonových kyselin.

Používají se jako významné meziprodukty, sulfoskupina se často zavádí k zvýšení rozpustnosti dané látky (barviva): výroba vodorozpustných barev (azobarviv), výroba léčiv, výroba amidu o-toluensulfonové kyseliny (meziprodukt při výrobě sacharinu). Řada tenzidů (povrchově aktivních látek) jsou soli sulfonových kyselin (JAR).

Tenzidy

Jsou povrchově aktivní látky, snižují nebo odstraňují povrchové napětí kapalin. Používají se jako prací prostředky, smáčedla, emulgátory, pěnotvorné látky apod.

Soli sulfonových kyselin jako tenzidy:

obrazek

Obr. 2: Struktura tenzidu

Sulfonamidy – amidy sulfonových kyselin

Jsou velmi významné deriváty, především deriváty kyseliny 4-aminobenzensulfonové. Používají se jako chemoterapeutika k léčbě infekčních onemocnění (jsou toxické pro bakterie), mají bakteriostatický účinek.                                                                                                                   

obrazek

Obr. 3: Příprava sulfonamidu           

Zdroje

  1.  CANOV, Michael.Sulfonace [online]. [cit. 18.5. 2014]. Dostupné z: http://canov.jergym.cz/mechanic/pravidla/armstron/1.gif  
  2. Výroba sacharinu [online]. [cit. 5.11. 2014]. Dostupné z: http://canov.jergym.cz/jedy/sacharin.htm
  3. VICHA, Robert. [online]. [cit. 18.5.2014]. Dostupné z: http://www.chemie.utb.cz/rvicha/SOC/supportfiles/DOCS/sira.doc

Obrázky

Úkol

Znázorni podrobný mechanismus sulfonace toluenu, zapiš i souhrnnou reakci!

Obrázek

Content benzenesulfonic acid

Obr. 4: 3D model kyseliny benzensulfonové

Úkol

Znázorni sulfonaci o-toluidinu!

Čti také

Sacharin                                       

Je nejstarším „umělým sladidlem“. Byl objeven  v roce 1879 Constantine Fahlbergem, jedná se o náhodný objev. Jeho sladivost 550 x sladší než cukr řepný. Tělo z něj nezískává žádnou energii, protože nedochází k jeho odbourávání.  Nevýhodou je špatná rozpustnost ve vodě, proto se musí používat ve formě sodné soli, čímž sladivost nepatrně klesá. Je odolný při teplotách do 100°C i mrazuvzdorný, je stabilní i ve vodných roztocích. Rozvoj jeho používání nastal během 1. světové války (2).

 Více na:

http://canov.jergym.cz/jedy/sacharin.htm

Historie

Sulfonamidy  

Obsahují sulfonamidovou skupinu  –SO2NH2, jsou odvozené od sulfanilamidu. Působí bakteriostaticky (proti Streptokokům - angina, spála, záněty, kapavka, hemofily, chlamydie, toxoplazmóza). První průmyslově vyráběný sulfonamidový lék byl Prontosil, původně používaný jako textilní barvivo. Chemici hledali antibakteriální lék  k léčbě streptokokové infekce – záněty plic (bakteristatické účinky).

Objev:  v r.1932 německý  biochemik Gerhard Domagk (v r. 1939 Nobelovu cenu za medicínu). Nejčastěji používaný lék ve 2.sv.válce  na zranění – infekce  (HVLP: DIPRON).

Obrázek

Content gerhard domagk nobel

Obr. 5: Gerhard Domagk - objevitel sulfonamidů

Příklad

Významná sulfonamidová léčiva

 

 

Procvič si

Výroba sufanilamidu

Obr. 6: Biseptol - sulfonamidové léčivo

Výroba sufathizolu  (3)

Čti také

Salvarsan a Prontosil

Obr. 7: První syntetická léčiva

Logolink