Sulfonsäuren

aus Wikipedia, der freien Enzyklopädie
Wechseln zu: Navigation, Suche
Sulfonsäuren und Sulfonate
Sulfonsäure

Sulfonsäure

Sulfonsäureester

Sulfonsäureester

Sulfonsäuresalze

Sulfonsäuresalze

R, R1 und R2 sind Organylgruppen. Die funktionellen Gruppen sind blau markiert.

Sulfonsäuren sind organische Schwefelverbindungen mit der allgemeinen Struktur R–SO2–OH, wobei R ein organischer Rest ist. Ihre Salze und Ester mit der allgemeinen Struktur R–SO2–O und R1–SO2–O–R2 heißen Sulfonate.

Sulfonsäuren und die ihnen zugehörigen Salze und Ester werden in zwei Gruppen eingeteilt: die aliphatischen Sulfonsäuren bzw. Alkansulfonsäuren oder -sulfonate und die aromatischen Sulfonsäuren bzw. Arensulfonsäuren oder -sulfonate.

Gewinnung und Darstellung[Bearbeiten]

Für die technische Herstellung der Sulfonsäuren gibt es mehrere Synthesewege, von denen hier beispielhaft einige dargestellt werden.[1]

Ein Gemisch aus Alkansulfonsäuren entsteht durch die Einwirkung von Schwefeldioxid und Sauerstoff auf höhere Alkane in Gegenwart von Radikalbildnern.

Sulfoxidation von Alkanen.

Aliphatische Sulfonsäuren können durch Oxidation von Thiolen synthetisiert werden.

Oxidation von Thiolen mit Luftsauerstoff.

Durch nucleophile Substitutionen werden aus Halogenalkanen und Natriumsulfit die entsprechenden Sulfonsäuresalze dargestellt.

Umsetzung von Halogenalkanen mit Natriumsulfit.

Arensulfonsäuren werden durch die Sulfonierung von Arenen hergestellt. Es findet eine elektrophile aromatische Substitution statt. Das elektrophile Reagens Schwefeltrioxid liegt in konzentrierter Schwefelsäure im Gleichgewicht vor.

Sulfonierung von Arenen

Verwendung und Vorkommen[Bearbeiten]

Taurin ist als Aminosulfonsäure eine der wenigen natürlich vorkommenden Sulfonsäuren. Die Natriumsalze der Sulfonsäuren werden oft als anionische Tenside in Reinigungsmitteln eingesetzt.[2] Von diesen Alkylbenzolsulfonaten (ABS) mit der allgemeinen Formel CnH2n+1–C6H4–SO3 Na+ war der wichtigste Vertreter bis in die 1960er-Jahre das Tetrapropylenbenzolsulfonat (TBS). Es hatte in den 1950er-Jahren die Seife als Tensid weitgehend verdrängt. Jedoch fand man heraus, dass TBS (wie viele Vertreter der stark verzweigten ABS) im Abwasser nur schlecht abgebaut werden kann; deshalb wurde es ab 1964 durch sogenannte lineare Alkylbenzolsulfonate (LAS) abgelöst, die seit Jahren die wichtigsten Tenside in der Waschmittel­chemie sind. Praktisch handelt es sich jedoch weniger um lineare, sondern eher um sekundäre Alkylbenzolsulfonate. Ein lineares Alkylbenzolsulfonat ist z. B Natriumdodecylbenzolsulfonat. Sekundäre Alkylsulfonsäureester des Phenols finden Verwendung als Weichmacher für PVC, PUR und Kautschuke.

Eine spezielle Anwendung finden Polymere mit Sulfonatgruppen bei der Wasseraufbereitung, wo sie in Ionenaustauschern für Kationen eingesetzt werden. Alkylbenzolsulfonate, wie Dodecylbenzolsulfonat, werden in Kläranlagen durch Mikroorganismen abgebaut. Des Weiteren sind Sulfonsäuren und ihre Derivate in Gerbstoffen und Arzneimitteln enthalten.[1] Auch viele Farbstoffe tragen Sulfonatgruppen, um eine hohe Wasserlöslichkeit zu erreichen.

Eigenschaften[Bearbeiten]

Alkansulfonsäuren sind im Allgemeinen viskose Flüssigkeiten, wobei die Arensulfonsäuren hygroskopische Kristalle bilden. Diese lösen sich leicht in Wasser und können durch Natriumchlorid ausgesalzen werden. Einige Sulfonsäuren bilden stabile, kristalline Hydrate.[1] Einfache Alkansulfonsäuren wie z. B. die Methansulfonsäure sind farblose Flüssigkeiten.

Im Gegensatz zu den Estern der Schwefelsäure liegen hier R–S- und nicht R–O–S-Bindungen vor. Sie unterscheiden sich auch von den Sulfonen (R–SO2–R'), die über keine Hydroxygruppe verfügen. Sulfonsäuren sind stärkere Säuren als Carbonsäuren, weil die Sulfongruppe einen stärkeren elektronenziehenden Effekt auf die Hydroxygruppe ausübt als die Carbonylgruppe, und das Proton damit leichter übertragen wird. Trifluormethansulfonsäure ist sogar stärker als Perchlorsäure und gehört damit zu der Gruppe der Supersäuren.[3]

Reaktionen[Bearbeiten]

Nucleophile Substitution[Bearbeiten]

Arensulfonate können bei Temperaturen von 200 bis 300 °C durch eine nucleophile Substitution in Amine, Phenole,Carbonsäuren oder Nitrile umgewandelt werden.[1]

Nucleophile Substitution von Arensulfonaten mit verschiedenen Nucleophilen

Salzbildung[Bearbeiten]

Wie oben schon erwähnt, sind Sulfonsäuren ähnlich wie Schwefelsäure starke Säuren, die mit Metallhydroxiden Salze bilden. Im Gegensatz zu den entsprechenden Sulfaten (Salze der Schwefelsäure) lösen sich aber Calcium-, Barium- und Blei(II)-sulfonate gut in Wasser.[1]

Desulfonierung von Arensulfonsäuren[Bearbeiten]

Die Sulfonierung von Arenen zur Herstellung von Arensulfonsäuren ist eine reversible Reaktion. Die bei der Herstellung angegebene Benzolsulfonsäure wird beispielsweise durch verdünnte Salzsäure bei Temperaturen von 150 bis 200 °C zu Benzol hydrolysiert:[1]

Desulfonierung von Arensulfonsäuren: Elektrophile Substitution der Sulfogruppe durch Protonen

Siehe auch[Bearbeiten]

  • Sulfonylgruppe (hier sind beide organischen Reste direkt an den Schwefel gebunden)

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. a b c d e f  Siegfried Hauptmann: Organische Chemie. Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie, 1985, ISBN 3-87144-902-4, S. 480–482.
  2. Joachim Buddrus: Grundlagen der Organischen Chemie. 4. Auflage. de Gruyter Verlag, Berlin 2011, ISBN 978-3-11-024894-4, S. 97.
  3.  Hans Beyer: Lehrbuch der Organische Chemie. S. Hirzel Verlag, Stuttgart/ Leipzig 1998, ISBN 3-7776-0808-4, S. 158–160.