Acide trifluorométhanesulfonique

Acide trifluorométhanesulfonique
Structure de l'acide triflique.
Général
Nom IUPAC	Acide trifluorométhanesulfonique
Synonymes	Acide triflique
No CAS	1493-13-6
No EINECS	216-087-5
SMILES	C(F)(F)(F)S(=O)(=O)O PubChem, Vue 3D
InChI	InChI : Vue 3D InChI=1/CHF3O3S/c2-1(3,4)8(5,6)7/h(H,5,6,7)/f/h5H
Apparence	liquide limpide
Propriétés chimiques
Formule brute	CHF3O3SCF3SO3H
Masse molaire[1]	150,077 ± 0,007 g·mol-1 C 8 %, H 0,67 %, F 37,98 %, O 31,98 %, S 21,37 %,
pKa	-14,9
Propriétés physiques
T° fusion	-40,15 °C sous 1 bar
T° ébullition	161,85 °C sous 1 bar
Solubilité	soluble à 20 °C dans l'eau
Masse volumique	1,71 (20 °C)
Point d’éclair	Non inflammable
Pression de vapeur saturante	10 hPa (55 °C)
Précautions
Directive 67/548/EEC[2]
C
Symboles : C : Corrosif Phrases R : R22 : Nocif en cas d’ingestion. R34 : Provoque des brûlures. R37 : Irritant pour les voies respiratoires. Phrases S : S26 : En cas de contact avec les yeux, laver immédiatement et abondamment avec de l’eau et consulter un spécialiste. S30 : Ne jamais verser de l’eau dans ce produit. S45 : En cas d’accident ou de malaise, consulter immédiatement un médecin (si possible, lui montrer l’étiquette). S36/37/39 : Porter un vêtement de protection approprié, des gants et un appareil de protection des yeux/du visage.
Phrases R : 22, 34, 37,
Phrases S : 26, 30, 36/37/39, 45,
Transport[2]
88    3265    Code Kemler : 88 : matière très corrosive Numéro ONU : 3265 : LIQUIDE ORGANIQUE CORROSIF, ACIDE, N.S.A. Classe : 8 Étiquette : 8 : Matières corrosives Emballage : Groupe d'emballage I : matières très dangereuses; 80    3265    Code Kemler : 80 : matière corrosive ou présentant un degré mineur de corrosivité Numéro ONU : 3265 : LIQUIDE ORGANIQUE CORROSIF, ACIDE, N.S.A. Classe : 8 Étiquette : 8 : Matières corrosives Emballage : Groupe d'emballage II/III : matières moyennement/faiblement dangereuses.
SIMDUT[3]
E, E : Matière corrosive Divulgation à 1,0% selon les critères de classification
SGH[2]
Attention H290, H302, H314, H335, P280, P301, P304, P305, P309, P310, P330, P331, P338, P340, P351, H290 : Peut être corrosif pour les métaux H302 : Nocif en cas d'ingestion H314 : Provoque de graves brûlures de la peau et des lésions oculaires H335 : Peut irriter les voies respiratoires P280 : Porter des gants de protection/des vêtements de protection/un équipement de protection des yeux/du visage. P301 : EN CAS D’INGESTION: P304 : EN CAS D’INHALATION: P305 : EN CAS DE CONTACT AVEC LES YEUX: P309 : EN CAS d’exposition ou d'un malaise: P310 : Appeler immédiatement un CENTRE ANTIPOISON ou un médecin. P330 : Rincer la bouche. P331 : NE PAS faire vomir. P338 : Enlever les lentilles de contact si la victime en porte et si elles peuvent être facilement enlevées. Continuer à rincer. P340 : Transporter la victime à l'extérieur et la maintenir au repos dans une position où elle peut confortablement respirer. P351 : Rincer avec précaution à l’eau pendant plusieurs minutes.
Écotoxicologie
DL50	1 605 mg·kg-1
Composés apparentés
Anions apparentés	FSO3H H2SO4
Autres composés	CF3SO3Li CF3SO3Na CF3SO3K
Unités du SI & CNTP, sauf indication contraire.

L'acide trifluorométhanesulfonique (connu également sous le nom d'acide triflique et parfois désigné par la formulation TfOH) est un type d'acide sulfonique de formule : CF₃SO₃H. Il est parfois considéré comme un des plus puissants acides, et fait partie de ceux qualifiés de « superacides ». Il est environ 1000 fois plus puissant que l'acide sulfurique. L'acide triflique est largement utilisé comme catalyseur et précurseur en chimie organique^[4],[5].

Propriétés

L'acide triflique est un liquide incolore et hygroscopique à température ambiante. Il est soluble dans un solvant polaire comme le DMF, le DMSO, l'acétonitrile ou encore le diméthylsulfone. Cependant, son addition à ces solvants polaires peut être dangereusement exothermique.
Avec un K_a égal à 8,0.10¹⁴ mol.kg^-1, le TfOH s'avère être un superacide. L'acide triflique doit ses propriétés utiles à ses grandes stabilités thermique et chimique. L'acide et sa base conjuguée CF₃SO₃^-, connue sous le nom de triflate, résistent aux réactions d'oxydo-réduction, alors que de nombreux acides forts sont oxydants, comme HClO₄ et HNO₃. L'anion triflate est non-réactif aux attaques de nucléophiles, même puissants. En raison de sa résistance à l'oxydation et à la réduction, l'acide triflique constitue un réactif à la fois utile et versatile. De plus, l'acide triflique ne sulfonate pas les substrats, ce qui constitue un problème avec un acide sulfurique, l'acide fluorosulfurique et l'acide chlorosulfurique. Ci-dessous est écrite une sulfonation prototype, que le TfOH ne supporte pas :

C₆H₆ + H₂SO₄ → C₆H₅(SO₃H) + H₂O

L'acide triflique fume dans un air humide et forme un monohydrate solide stable, (CF₃SO₃H, H₂O), dont le point de fusion est à 34 °C.

Historique et synthèses

L'acide trifluorométhanesulfonique fut synthétisé pour la première fois en 1954 par Haszeldine et Kidd au moyen de la réaction^[4]:

Une des autres possibilités de synthèse de l'acide triflique est la fluoration électrochimique (ou ECF pour electrochemical fluorination)^[4]:

La synthèse industrielle implique une hydrolyse de CF₃SO₂F, suivie d'une acidification. L'acide triflique est purifié par la suite par distillation avec une faible quantité de Tf₂O.

Utilisations

L'acide triflique est très utilisé dans les protonations, sa base conjuguée ne réagissant pas avec les autres réactifs.

Formation de sels

L'acide trifluorométanesulfonique réagit de manière exothermique avec les carbonates et les hydroxydes de métaux. La synthèse du Cu(OTf)₂^[4] est assez illustrative :

CuCO₃ + 2 CF₃SO₃H → Cu(O₃SCF₃)₂ + H₂O + CO₂

La conversion des chlorocomplexes en triflates correspondants est plus intéressante pour le chimiste en synthèse, comme par exemple celle de [Co(NH₃)₅OTf]²⁺:

3 CF₃SO₃H + [Co(NH₃)₅Cl]Cl₂ → [Co(NH₃)₅O₃SCF₃](O₃SCF₃)₂ + 3 HCl

Cette conversion est faite dans du TfOH à 100 °C, puis est suivie par la précipitation du sel par addition d'éther.

Réactions organiques

L'acide triflique réagit avec les halogénures d'acyles pour donner des anhydrides mixtes, lesquels sont des agents puissants d'acylation, comme dans la réaction de Friedel-Crafts^[4] :

CH₃C(O)Cl + CF₃SO₃H → CH₃C(O)OSO₂CF₃ + HCl

CH₃C(O)OSO₂CF₃ + C₆H₆ → CH₃C(O)C₆H₅ + CF₃SO₃H

L'acide triflique catalyse la réaction des composés aromatiques avec les chlorures de sulfonyle, probablement aussi par l'intermédiaire d'un anhydride mixte^[4].
Une réaction très similaire existe si l'on souhaite effectuer une polymérisation avec une synthèse utilisant l'acide triflique. Il existe d'autres réactions de type Friedel-Crafts utilisant l'acide triflique comme le craquage des alcanes ou l'alkylation des alcènes, très importantes dans l'industrie pétrolière. Ces catalyseurs dérivés de l'acide triflique sont très efficaces dans l'isomérisation d'hydrocarbures à chaînes droites ou faiblement ramifiées, accroissant de fait le taux d'octane de carburants pétroliers particuliers.
L'acide triflique réagit exothermiquement avec les alcools pour produire des éthers et des oléfines^[4]. Il peut être utilisé comme catalyseur pour la condensation des alcools et des acides carboxyliques.

Références

• (en) Cet article est partiellement ou en totalité issu de l’article de Wikipédia en anglais intitulé « Trifluoromethanesulfonic acid » (voir la liste des auteurs)

Voir aussi

Dixon, N. E.; Lawrance, G. A.; Lay, P. A.; Sargeson, A. M.; Taube, H. "Trifluoromethanesulfonates and trifluoromethanesulfonato-O complexes" Inorganic Syntheses (1990), vol. 28, pp. 70-6.

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