Суперкислота

Эта статья или раздел нуждается в переработке. Пожалуйста, улучшите статью в соответствии с правилами написания статей.

Суперкислота (или сверхкислота) — вещество или смесь, параметр кислотности которой превышает кислотность 100%-ой серной кислоты. В данном случае параметр кислотности принимается как способность кислоты протонировать произвольное основание и фактически совпадает с Функцией кислотности. Для 100% серной кислоты параметр кислотности составляет H₀=-12,2. Наличие воды снижает кислотность сверхкислот, так как в присутствии воды сила кислоты ограничивается кислотностью иона оксония H₃O⁺.

История

Термин суперкислота введён Джеймсом Конантом в 1927 году для классификации более сильных кислот, чем обычные минеральные кислоты. В 1994 году Джордж Ола был удостоен Нобелевской премии за своё исследование суперкислот и их применения в прямом наблюдении карбкатионов.

«Волшебная кислота» (магическая кислота). Она получила своё название за исключительную способность растворять воск. Она является смесью пентафторида сурьмы, кислоты Льюиса и фторсульфоновой кислоты, кислоты Брёнстеда. Сильнейшей суперкислотной системой на текущий момент является гексафторсурьмяная кислота, смесь плавиковой кислоты и пентафторида сурьмы. В этой системе плавиковая кислота выделяет протон (H⁺), а сопряжённое основание (F⁻) изолируется координационной связью с пентафторидом сурьмы. Так образуется большой октаэдрический анион (SbF_6⁻), являющийся очень слабым нуклеофилом и очень слабым основанием. Став «свободным», протон обусловливает сверхкислотность системы. Фторсурьмяная кислота в 2·10¹⁹ раз сильнее 100%-ой серной кислоты. См. также сверхоснование.

Химические свойства

Для характеристики кислотности веществ в неводных средах используют функцию кислотности Гаммета Н₀. Известны жидкости, для которых Н₀ более отрицательна, чем для концентрированных водных растворов очень сильных кислот, таких, как HNO₃, Н₂SO₄. Эти жидкости называются сверхкислотами. Примеры: 100%-ная H₂SO₄ (H₀ = −12), безводная фторсульфоновая кислота HSO₃F (H₀ = −15), смесь HF и SbF₅, (H₀ = −28), 7%-ный раствор SbF₅ в HSO₃F (Н₀ = −19,4). Эквимолярную смесь HSO₃F и SbF₅ называют «магической кислотой». Сверхкислотность обусловлена исключительной слабостью взаимодействия с протоном соответствующих анионов (HSO₄⁻, SbF₆⁻ и др.). В среде сверхкислот протонируются вещества, обычно не проявляющие основных свойств, в частности углеводороды. Это явление используют на практике, преимущественно в органическом синтезе (алкилирование по Фриделю — Крафтсу, гидрирование нефти и др.).

Протонные суперкислоты

Основная статья: Протонные суперкислоты

Простые суперкислоты включают трифторметансульфоновую (CF₃SO₃H), хлорную, хлорсульфоновую, пентафторэтансульфоновую, фторсульфоновую (FSO₃H) кислоты. Во многих случаях суперкислота является не одиночным соединением, а смесью соединений, совмещаемых для достижения высокой кислотности.

Карборановая кислота — самая сильная кислота (суперкислота) из тех, которые можно хранить в бутылках. Она в миллион раз сильнее концентрированной серной кислоты. Создана в университете Калифорнии (США) при участии сотрудников Института катализа СО РАН (Новосибирск).

Сверхкислоты Льюиса

К сверхкислотам Льюиса относятся большинство пентафторидов металлов и трифторид бора.

Внешние ссылки

• A. Olah. J. Org. Chem., 70, 2005, 2413—2429
• Суперкислоты (ШТЕЙНГАРЦ В. Д. , 1999), ХИМИЯ