18.4: Sulfonación de benceno (una reacción EAS)

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Sulfonación de Benceno

La sulfonación es una reacción reversible que produce ácido bencensulfónico mediante la adición de trióxido de azufre y ácido sulfúrico fuminante. Es importante señalar que la fórmula química del grupo sulfónico es -SO ₃ H. La reacción se invierte añadiendo ácido acuoso caliente al ácido bencensulfónico para producir benceno.

Mecanismo

Para producir ácido bencensulfónico a partir del benceno, se agregan ácido sulfúrico fuminante y trióxido de azufre. El ácido sulfúrico fuminante, también denominado óleum, es una solución concentrada de trióxido de azufre disuelto en ácido sulfúrico. El azufre en el trióxido de azufre es electrófilo porque los oxígenos extraen electrones de él porque el oxígeno es muy electronegativo. El benceno reacciona con el azufre del trixóxido de azufre para formar el complejo sigma. Se produce una posterior transferencia de protones para producir ácido bencensulfónico. Los tres pasos se muestran juntos en el mecanismo a continuación.

Sulfonación inversa

La sulfonación del benceno es una reacción reversible. El trióxido de azufre reacciona fácilmente con el agua para producir ácido sulfúrico y calor. Por lo tanto, al agregar calor al ácido bencensulfónico en ácido sulfúrico acuoso diluido, la reacción se invierte.

La reversibilidad de la reacción de sulfonación crea una oportunidad para preparar benceno deuterado. Los reactivos marcados isotópicamente pueden ser útiles para determinar los mecanismos de reacción ya que el enlace C-D es más fuerte que el enlace C-H.

ch 18 secc 4 deuterado example.png

Ejercicio

7. Cuales es/son el/los reactivo (s) requerido (s) para la siguiente reacción:

problema #1 .jpg

8. Cuál es el producto de la siguiente reacción:

problema #2 .jpg

9. ¿Por qué es importante que la nitración del benceno por el ácido nítrico se produzca en el ácido sulfúrico?

10. Escribir un mecanismo detallado para la sulfonación del benceno, incluyendo todas las formas de resonancia.

Contestar

7. SO ₃ y H ₂ SO ₄ (fuming)

solución #2 .jpg

9. Se necesita ácido sulfúrico para que se forme un buen electrófilo. El ácido sulfúrico protonata el ácido nítrico para formar el ion nitrónico (se pierde la molécula de agua). El ion nitrónico es un electrófilo muy bueno y está abierto al ataque por el benceno. Sin ácido sulfúrico la reacción no ocurriría.

10.

solución #4 .jpg

Colaboradores y Atribuciones

Dr. Dietmar Kennepohl FCIC (Professor of Chemistry, Athabasca University)
Prof. Steven Farmer (Sonoma State University)
William Reusch, Professor Emeritus (Michigan State U.), Virtual Textbook of Organic Chemistry
Catherine Nguyen