Μεθανοσουλφονικό οξύ

Το μεθανοσουλφονικό οξύ ή μεθυλοσουλφονικό οξύ (MSA, MethaneSulfonic Acid) είναι ένα άχρωμο υγρό με σύντομο συντακτικό τύπο CH₃SO₃H. Είναι το απλούστερο σουλφονικό οξύ και θεωρητικά προκύπτει από το θειικό οξύ, με την αντικατάσταση ενός ατόμου υδρογόνου από μεθύλιο (CH₃-). Είναι ένα ισχυρό οξύ (pKa = -2), αν και ασθενέστερο από το ίδιο το θεικό οξύ. Ως αποτέλεσμα των όξινων ιδιοτήτων του, δίνει σουλφονικά άλατα και σουλφονικούς εστέρες.

Επίσης μπορεί να θεωρηθεί ως ενδιάμεση ένωση μεταξύ θειικού οξέος και διμεθυλοσουλφόνης(CH₃SO₂CH₃), που αποτελεί διμεθυλιωμένο παράγωγο του πρώτου.

Μπορεί να χρησιμοποιηθεί (μεταξύ άλλων) για την παραγωγή βορανίου (BH₃) από βοριοϋδρίδιο του νατρίου (NaBH₄) σε απρωτικό διαλύτη, όπως το τετραϋδροφουράνιο (THF) ή το διμεθυλυλοσουλφίδιο (DMS), οπότε το BH₃ σταθεροποιείται σχηματίζοντας σύμπλοκο με το χρησιμοποιούμενο διαλύτη.

Παραγωγή

Με οξείδωση μεθανοθειόλης

Με οξείδωση μεθανοθειόλης παράγεται μεθανοσουλφονικό οξύ:

$\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}\mathrm{S}\mathrm{H}\mathrm{+}\mathrm{3}\mathrm{H}\mathrm{N}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}\stackrel{}{\to }\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}\mathrm{H}\mathrm{+}\mathrm{3}\mathrm{H}\mathrm{N}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}$
ή
$\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}\mathrm{S}\mathrm{H}\mathrm{+}\mathrm{3}\mathrm{H}\mathrm{I}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}\stackrel{}{\to }\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}\mathrm{H}\mathrm{+}\mathrm{3}\mathrm{H}\mathrm{I}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}$

Με επίδραση θειώδους νατρίου σε μεθυλαλογονίδιο - Αντίδραση Strecker

Με επίδραση θειώδους νατρίου (Na₂SO₃) σε μεθυλαλογονίδιο παράγεται μεθανοσουλφονικό οξύ:

$\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}\mathrm{X}\mathrm{+}\mathrm{N}{\mathrm{a}}_{\mathrm{2}}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}\stackrel{-NaX}{\to }\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}\mathrm{N}\mathrm{a}\stackrel{+HX}{\to }\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}\mathrm{H}\mathrm{+}\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{X}$

Χημικές ιδιότητες και παράγωγα

Όξινος χαρακτήρας, παραγωγή αλάτων

Το μεθανοσουλφονικό οξύ είναι ένα ισχυρό οξύ και άρα δίνει τις ακόλοθες αντιδράσεις, παράγοντας μεθανοσουλφονικά άλατα:

$\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}\mathrm{H}\overrightarrow{\mathrm{⟵}}\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}\mathrm{S}{O}_{\mathrm{3}}^{\mathrm{-}}\mathrm{+}{\mathrm{H}}^{\mathrm{+}}$
$\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}\mathrm{H}\mathrm{+}\mathrm{N}\mathrm{a}\stackrel{}{\to }\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{+}\frac{1}{2}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{\uparrow }$
$\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}\mathrm{H}\mathrm{+}\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{O}\mathrm{H}\stackrel{}{\to }\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{+}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}$

Σουλφοναμίδια

Το μεθανοσουλφονικό οξύ με αμμωνία (NH₃), πρωτοταγείς και δευτεροταγείς αμίνες δίνει μεθανοσουλφοναμίδια:

$\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}\mathrm{H}\mathrm{+}\mathrm{N}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}\stackrel{}{\to }\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}\mathrm{N}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{+}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}$
$\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}\mathrm{H}\mathrm{+}\mathrm{R}\mathrm{N}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\stackrel{}{\to }\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}\mathrm{N}\mathrm{H}\mathrm{R}\mathrm{+}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}$
$\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}\mathrm{H}\mathrm{+}\mathrm{R}\mathrm{N}\mathrm{H}\mathrm{R}\stackrel{}{´}\stackrel{}{\to }\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}\mathrm{N}\mathrm{(}\mathrm{R}\mathrm{)}\mathrm{R}\stackrel{}{´}\mathrm{+}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}$

Σουλφαλογονίδια

Το μεθανοσουλφονικό οξύ με αλογονωτικά μέσα δίνει σουλφομεθοξυαλογονίδια:

$\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}\mathrm{H}\mathrm{+}\mathrm{P}\mathrm{C}{\mathrm{l}}_{\mathrm{5}}\stackrel{}{\to }\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}\mathrm{C}\mathrm{l}\mathrm{+}\mathrm{P}\mathrm{O}\mathrm{C}{\mathrm{l}}_{\mathrm{3}}\mathrm{+}\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{l}$
$\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}\mathrm{H}\mathrm{+}\mathrm{S}\mathrm{O}\mathrm{C}{\mathrm{l}}_{\mathrm{2}}\stackrel{}{\to }\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}\mathrm{C}\mathrm{l}\mathrm{+}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}\mathrm{\uparrow }\mathrm{+}\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{l}$
$\mathrm{3}\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}\mathrm{H}\mathrm{+}\mathrm{P}{\mathrm{X}}_{\mathrm{3}}\stackrel{}{\to }\mathrm{3}\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}\mathrm{X}\mathrm{+}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}\mathrm{P}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}$

• Για το σουλφομεθοξυφθορίδιο προτιμάται η υποκατάσταση σε σουλφομεθοξυχλωρίδιο:

$\mathrm{2}\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}\mathrm{C}\mathrm{l}\mathrm{+}\mathrm{H}{\mathrm{g}}_{\mathrm{2}}{\mathrm{F}}_{\mathrm{2}}\stackrel{}{\to }\mathrm{2}\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}\mathrm{F}\mathrm{+}\mathrm{H}{\mathrm{g}}_{\mathrm{2}}\mathrm{C}{\mathrm{l}}_{\mathrm{2}}\mathrm{\downarrow }$

Επίδραση καρβενίων

Με επίδραση καρβενίων παράγεται ένα μίγμα προϊόντων. Π.χ. με μεθυλένιο έχουμε περίπου την παρακάτω στοιχειομετρική εξίσωση:

$\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}\mathrm{H}\mathrm{+}\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}{\mathrm{N}}_{\mathrm{2}}\stackrel{hv}{\to }{\mathrm{N}}_{\mathrm{2}}\mathrm{+}\frac{1}{2}\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}\mathrm{H}\mathrm{+}\frac{1}{6}\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}\mathrm{+}\frac{1}{3}$ S-μεθυλο-S-οξο-S-υδροξυθειοξιράνιο

• Η παραπάνω στοιχειομετρική εξίσωση είναι άθροισμα κατά μέλη των ακόλουθων δράσεων:

1. Παρεμβολή στους τρεις (3) δεσμούς C-H. Παράγεται αιθανοσουφονικό οξύ, ένα σουλφονικό οξύ.
2. Παρεμβολή στον ένα (1) δεσμό O-H. Παράγεται μεθανοσουλφονικός μεθυλεστέρας, ο μεθυλεστέρας του μεθανοσουλφονικού οξέος.
3. Προσθήκη στους δύο (2) δεσμούς S=O. Παράγεται S-μεθυλο-S-οξο-S-υδροξυθειοξιράνιο, μια ετεροκυκλική ένωση .

• Συνολικά δηλαδή έξι (6) παράγωγα προϊόντα, που είναι πρακτικά ισοδύναμα (σ' αυτήν την περίπτωση) σε παραγωγή, εξαιτίας της μεγάλης δραστικότητας του μεθυλενίου, που ως δίριζα κάνει σχεδόν απόλυτα κινητικές (δηλαδή όχι εκλεκτικές) τις αντιδράσεις του.

Πηγές

• SCHAUM'S OUTLINE SERIES, ΟΡΓΑΝΙΚΗ ΧΗΜΕΙΑ, Μτφ. Α. Βάρβογλη, 1999.
• Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982.