向有機化合物分子中引入磺酸基團的反應(yīng)稱為磺化或者硫酸鹽化反應(yīng)?;腔侵噶蛟优c碳原子相連的反應(yīng),得到的是磺酸化合物?;腔欠艧岱磻?yīng),低溫磺化時需要冷卻,而高溫磺化則需要加熱保溫。 脂肪族化合物通常用間接的方法磺化。 芳香族化合物主要用直接磺化(親電取代反應(yīng))。
芳烴的磺化通常采用濃硫酸或含有5%-20%三氧化硫的發(fā)煙硫酸。磺化反應(yīng)是一可逆反應(yīng),欲得良好產(chǎn)率的磺酸,必須使用過量的磺化劑或者不斷移去生成的水。 對于較難磺化的芳烴可采用三氟化硼,錳鹽,汞鹽,礬鹽做催化劑。苯在室溫下可用濃硫酸磺化生成苯磺酸;而在70-90℃磺化則生成間苯二磺酸,產(chǎn)率為90% 【Fierz-David H. E., Helv. Chim. Acta 1942, 25,3681】;間苯二磺酸鈉在汞鹽的催化下,與15%的發(fā)煙硫酸于275℃反應(yīng),則以73%產(chǎn)率生成1,3,5-苯三磺酸【Suter C. M. Harringtong G. A. J. Am. Chem. Soc., 1937,59, 2577】。由于磺化反應(yīng)是一可逆反應(yīng),磺酸基位置隨反應(yīng)溫度不同而改變【Gilbert E. E.,Sulfonation and Related Reactions, New York, 1965】。
反應(yīng)機理
三氧化硫作為親電試劑,對芳環(huán)進行親電取代反應(yīng)。
反應(yīng)實例
甲苯的磺化反應(yīng)位置與溫度有關(guān)。
萘的磺化也有類似情況。低溫,小于80℃磺化,主要生成α-萘磺酸,這時由動力學(xué)控制,一旦達到160℃的反應(yīng)溫度,主要產(chǎn)生β-萘磺酸。這時由熱力學(xué)控制?!?Euwes D. C. ibid. 1909, 28, 298】
磺化反應(yīng)的可逆性的一個重要應(yīng)用是將磺酸基先臨時占據(jù)芳環(huán)某特定位置,然后再進行其他的反應(yīng),待反應(yīng)完成后,再在稀硫酸中加熱,以移去磺酸基。例如β-溴代萘的合成【 Wolf W. C., Doukas H. M. J. Chem. Edu. 1951,28, 472】。
芳香族化合物磺化時,芳環(huán)上存在的羥基,烷氧基,羧基,鹵素等取代基均無影響。芳胺與硫酸反應(yīng),首先生成胺鹽,繼而受熱重排成對胺基苯磺酸【 Schultz M. N., Lucas H. J. J. Am. Chem. Soc., 1927,49, 299】。
參考文獻
一、百度百科:磺化
二、藥明寶典