stringtranslate.com

сульфаминовая кислота

Сульфаминовая кислота , также известная как амидосульфоновая кислота , амидосерная кислота , аминосульфоновая кислота , сульфаминовая кислота и сульфамидовая кислота , представляет собой молекулярное соединение с формулой H3NSO3 . Это бесцветное, водорастворимое соединение находит множество применений. Сульфаминовая кислота плавится при 205 °C, а затем разлагается при более высоких температурах на воду , триоксид серы , диоксид серы и азот . [ 2]

Сульфаминовую кислоту (H 3 NSO 3 ) можно считать промежуточным соединением между серной кислотой (H 2 SO 4 ) и сульфамидом (H 4 N 2 SO 2 ), эффективно заменяя гидроксильную (–OH) группу аминогруппой ( –NH 2 ) на каждом этапе. Эта модель не может распространяться дальше в любом направлении без разрушения сульфонильного (–SO 2 –) фрагмента. Сульфаматы являются производными сульфаминовой кислоты.

Производство

Сульфаминовая кислота производится в промышленности путем обработки мочевины смесью серного ангидрида и серной кислоты (или олеума ). Преобразование проводится в два этапа, первый из которых — сульфаминирование :

OC(NH 2 ) 2 + SO 3 → OC(NH 2 )(NHSO 3 H)
OC(NH 2 )(NHSO 3 H) + H 2 SO 4 → CO 2 + 2 H 3 NSO 3

Таким образом, в 1995 году было произведено около 96 000 тонн. [3]

Структура и реакционная способность

Шаростержневая модель цвиттериона сульфаминовой кислоты , как она находится в кристаллическом состоянии. [4]

Соединение хорошо описывается формулой H 3 NSO 3 , а не таутомером H 2 NSO 2 (OH). Соответствующие расстояния связей составляют 1,44  Å для S=O и 1,77 Å для S–N. Большая длина S–N согласуется с одинарной связью. [5] Кроме того, исследование нейтронной дифракции позволило обнаружить атомы водорода, все три из которых находятся на расстоянии 1,03  Å от азота. [4] В твердом состоянии молекула сульфаминовой кислоты хорошо описывается цвиттер-ионной формой.

Гидролиз

Кристаллическое твердое вещество остается стабильным в обычных условиях хранения, однако водные растворы сульфаминовой кислоты медленно гидролизуются до бисульфата аммония в соответствии со следующей реакцией:

Ч 3 НСО 3 + Ч 2 О → [NH 4 ] + [HSO 4 ] -

Его поведение напоминает поведение мочевины , (H 2 N) 2 CO. Оба имеют аминогруппы, связанные с электронно-акцепторными центрами, которые могут участвовать в делокализованной связи . Оба выделяют аммиак при нагревании в воде, причем мочевина выделяет CO 2 , а сульфаминовая кислота выделяет серную кислоту .

Кислотно-щелочные реакции

Сульфаминовая кислота является умеренно сильной кислотой, K a  = 0,101 (p K a  = 0,995). Поскольку твердое вещество негигроскопично , его используют в качестве стандарта в ацидиметрии (количественном анализе содержания кислоты).

H 3 NSO 3 + NaOH → NaH 2 NSO 3 + H 2 O

Двойное депротонирование можно осуществить в жидком аммиаке с образованием аниона HNSO2−
3. [6]

H3NSO3 + 2NH3 → HNSO​​​2−
3+ 2  НГ+
4

Реакция с азотной и азотистой кислотами

С азотистой кислотой сульфаминовая кислота реагирует с образованием азота :

HNO 2 + H 3 NSO 3 → H 2 SO 4 + N 2 + H 2 O

в то время как с концентрированной азотной кислотой он дает закись азота : [7]

HNO 3 + H 3 NSO 3 → H 2 SO 4 + N 2 O + H 2 O

Реакция с гипохлоритом

Реакция избыточных ионов гипохлорита с сульфаминовой кислотой или солью сульфамата приводит к обратимому образованию как ионов N -хлорсульфамата, так и ионов N , N -дихлорсульфамата. [8] [9] [10]

HClO + H 2 NSO 3 H → ClNHSO 3 H + H 2 O
HClO + ClNHSO 3 H ⇌ Cl 2 NSO 3 H + H 2 O

Следовательно, сульфаминовая кислота используется в качестве поглотителя гипохлорита при окислении альдегидов хлоритом , например, при окислении по Пиннику .

Реакция со спиртами

При нагревании сульфаминовая кислота будет реагировать со спиртами с образованием соответствующих органосульфатов . Она дороже других реагентов для этого, таких как хлорсульфоновая кислота или олеум , но также значительно мягче и не будет сульфировать ароматические кольца. Продукты производятся в виде их аммониевых солей. Такие реакции могут катализироваться присутствием мочевины . [10] Без присутствия каких-либо катализаторов сульфаминовая кислота не будет реагировать с этанолом при температурах ниже 100 °C.

ROH + H 2 NSO 3 H → ROS(O) 2 O − + NH+
4

Примером этой реакции является получение 2-этилгексилсульфата, смачивающего агента, используемого при мерсеризации хлопка, путем соединения сульфаминовой кислоты с 2-этилгексанолом .

Приложения

Сульфаминовая кислота в основном является предшественником сладких на вкус соединений. Реакция с циклогексиламином с последующим добавлением NaOH дает C6H11NHSO3Na , цикламат натрия . Родственные соединения также являются подсластителями , например , ацесульфам калия .

Сульфаматы использовались при разработке многих типов терапевтических агентов, таких как антибиотики , ингибиторы обратной транскриптазы вируса иммунодефицита человека (ВИЧ) нуклеозид/нуклеотид , ингибиторы протеазы ВИЧ (ИП), противораковые препараты ( ингибиторы стероидной сульфатазы и карбоангидразы ), противоэпилептические препараты и препараты для снижения веса . [11]

Чистящее средство

Сульфаминовая кислота используется в качестве кислотного чистящего средства и средства для удаления накипи, иногда в чистом виде или в качестве компонента фирменных смесей, как правило, для металлов и керамики . Для целей очистки существуют различные сорта в зависимости от области применения, такие как класс GP, класс SR и класс TM. Она часто используется для удаления ржавчины и известкового налета , заменяя более летучую и раздражающую соляную кислоту , которая дешевле. Она часто является компонентом бытового дескраба, например, густой гель Lime-A-Way содержит до 8% сульфаминовой кислоты и имеет pH 2,0–2,2 [12] или моющих средств, используемых для удаления известкового налета . По сравнению с большинством распространенных сильных минеральных кислот , сульфаминовая кислота обладает желаемыми свойствами удаления накипи с воды, низкой летучестью и низкой токсичностью. Она образует водорастворимые соли кальция, никеля и трехвалентного железа.

Сульфаминовая кислота предпочтительнее соляной кислоты в бытовом использовании из-за ее внутренней безопасности. Если ее случайно смешать с продуктами на основе гипохлорита, такими как отбеливатель , она не образует газообразный хлор , в то время как наиболее распространенные кислоты будут; реакция ( нейтрализация ) с аммиаком дает соль, как показано в разделе выше.

Он также находит применение в промышленной очистке оборудования для молочных и пивоваренных заводов. Хотя он считается менее едким, чем соляная кислота , ингибиторы коррозии часто добавляются в коммерческие очистители, компонентом которых он является. Его можно использовать в качестве дескламанта для удаления накипи в домашних кофемашинах и эспрессо-машинах, а также в очистителях зубных протезов.

Другие применения

Полировка серебра

Согласно этикетке потребительского товара, чистящее средство для серебра TarnX содержит тиомочевину , моющее средство и сульфаминовую кислоту.

Ссылки

  1. ^ Кэндлин, Дж. П.; Уилкинс, Р. Г. (1960). «828. Серно-азотные соединения. Часть I. Гидролиз сульфамат-иона в хлорной кислоте». Журнал химического общества (резюме) : 4236–4241. doi : 10.1039/JR9600004236.
  2. ^ Ёсикубо, К.; Сузуки, М. (2000). «Сульфаминовая кислота и сульфаматы». Энциклопедия химической технологии Кирка-Отмера . doi :10.1002/0471238961.1921120625151908.a01. ISBN 0471238961.
  3. ^ Мецгер, А. "Сульфаминовая кислота". Энциклопедия промышленной химии Ульмана . Weinheim: Wiley-VCH. doi :10.1002/14356007.a25_439. ISBN 978-3527306732.
  4. ^ ab Sass, RL (1960). "Исследование кристаллической структуры сульфаминовой кислоты методом нейтронной дифракции". Acta Crystallographica . 13 (4): 320–324. Bibcode : 1960AcCry..13..320S. doi : 10.1107/S0365110X60000789 .
  5. ^ Bats, JW; Coppens, P.; Koetzle, TF (1977). «Экспериментальная плотность заряда в серосодержащих молекулах. Исследование деформации электронной плотности в сульфаминовой кислоте при 78 К методом рентгеновской и нейтронной дифракции». Acta Crystallographica Section B. 33 ( 1): 37–45. Bibcode :1977AcCrB..33...37B. doi :10.1107/S0567740877002568.
  6. ^ Clapp, LB (1943). «Сульфаминовая кислота и ее применение». Журнал химического образования . 20 (4): 189–346. Bibcode : 1943JChEd..20..189C. doi : 10.1021/ed020p189.
  7. ^ Дзелзкалнс, Лайла; Боннер, Фрэнсис (1978). «Реакция между азотной и сульфаминовой кислотами в водном растворе». Неорганическая химия . 17 (12): 3710–3711. doi :10.1021/ic50190a080.
  8. ↑ US 3328294, Селф, Ричард У.; Уоткинс-младший, Джозеф К. и Саллинс, Джон К., «Процесс контроля микроорганизмов в технологических потоках», опубликовано 27 июня 1967 г., передано Mead Corp. 
  9. ^ FR 2087248, «Systèmes aqueux Stables Contenant un Composé N-гидрогенит и гипогалогенит [Стабильные водные системы, содержащие N-гидрированное соединение и гипогалогенит]», опубликовано 31 декабря 1971 г., передано EI Du Pont De Nemours & Co. 
  10. ^ ab Benson, G. Anthony; Spillane, William J. (1980). «Сульфаминовая кислота и ее N -замещенные производные». Chemical Reviews . 80 (2): 151–186. doi :10.1021/cr60324a002. ISSN  0009-2665.
  11. ^ Winum, JY; Scozzafava, A.; Montero, JL; Supuran, CT (2005). «Сульфаматы и их терапевтический потенциал». Medicinal Research Reviews . 25 (2): 186–228. doi : 10.1002/med.20021 . PMID  15478125. S2CID  1361433.
  12. ^ Benckiser, Reckitt. ​​"Паспорт безопасности материала – Очиститель извести, кальция и ржавчины Lime-A-Way (спрей с триггером)" (PDF) . hardwarestore.com . Архивировано из оригинала (PDF) 17 июля 2011 г. . Получено 17 ноября 2011 г. .
  13. ^ Казаченко, Александр С.; Исауи, Нуреддин; Медима, Муна; Ю. Фетисова, Ольга; Бережная, Ярослава Д.; Елсуфьев Евгений Владимирович; Аль-Доссари, Омар М.; Войчик, Марек Дж.; Сян, Чжоуян; Бусяку, Леда Г. «Экспериментальное и теоретическое исследование глубокого эвтектического растворителя сульфаминовая кислота-мочевина» (2022) Journal of Molecular Liquids, 363, арт. нет. 119859 DOI: 10.1016/j.molliq.2022.119859

Дальнейшее чтение

На Викискладе есть медиафайлы по теме Сульфаминовая кислота .