Superàcid

Un superàcid és un medi d'elevada acidesa, generalment superior a la de l'àcid sulfúric concentrat al 100%,[1] que equival a medis amb una funció d'acidesa H0 ≤ -12.[2] Els superàcids no són necessàriament substàncies pures, també poden ser mescles de diversos àcids. Exemples de superàcids són l'àcid perclòric, HClO4, l'àcid fluorosulfúric, HSO3F, el pentafluorur d'arseni, AsF5, o les mescles àcid clorhídric-triclorur d'alumini, HCl-AlCl3, i àcid fluorhídric-pentafluorur de fòsfor, HF-PF5.[2]

Àcid màgic, mescla de l'àcid fluorosulfúric i el pentafluorur d'antimoni

El concepte superàcid aparegué per primer cop el 1927 en un article de James Bryant Conant i Norris F. Hall que duu per títol A Study of Superacid Solutions.[3] En aquest estudi descriuen espècies protonades desconegudes fins en aquell moment, com l'àcid acètic protonat, CH3COOH2+, present en dissolucions no aquoses d'àcids forts (àcid sulfúric o àcid perclòric) en àcid acètic com a dissolvent. Però no fou fins a la dècada de 1960 en què s'ampliaren aquells estudis inicials gràcies als treballs del químic nord-americà George Andrew Olah, que preparà l'àcid màgic, una mescla equimolecular d'àcid fluorosulfúric i pentafluorur d'antimoni, FSO3H-SbF5 i del canadenc Ronald James Gillespie.[2]

El grau d'acidesa dels superàcids actuals va des del valor H0 = -12, de la funció d'acidesa de Hammett, fins a valors al voltant de H0 = -24. S'utilitzen en síntesi orgànica, ja que permeten obtindre carbocations en bases extremadament febles, espècies molt difícilment protonables, com ara l'acetamida, l'àcid carbònic, l'àcid acètic, composts aromàtics i productes naturals. Per exemple els ions carboni (C6H5)C+, formats a partir de (C6H5)COH en àcid sulfúric al 100%; o el carbocatió (CH3)3C+, obtingut a partir de (CH3)3COH dissolt en el superàcid ternari HSO3F-SbF5-SO3. També es poden protonar molècules apolars, com ara Cl2, Br2 o CO2, i àtoms com els de xenó, Xe, en el superàcid binari HF-SbF5.[4]

Formació del carbocatió ciclopropilcarbinil per acció d'un superàcid

TipusModifica

Hom pot classificar els superàcids en quatre tipus:

Superàcids primarisModifica

Els superàcids primaris són substàncies pures, i es poden dividir en dos grups:

  1. Un primer grup està format per àcids de Brønsted com l'àcid perclòric o HClO4, els àcids halosulfúrics (HSO3Cl, HSO3F), els àcids perfluoroalcanosulfònics (CF3SO3H, CFSO3H), fluorur d'hidrogen i els carborans H(CB11HR5X6). Per exemple l'àcid tríflic, CF3SO3H té una funció d'acidesa, H0, de -14,9.
  2. En un segon grup s'inclouen els superàcids del tipus àcids de Lewis: pentafluorur de sofre o SF5, pentafluorur d'arseni o AsF5, pentafluorur de fòsfor o PF5, pentafluorur de tàntal o TaF5, pentafluorur de niobi o NbF5, trifluorur de bor o BF3, etc.

Superàcids secundarisModifica

 
Àcid fluoroantimònic, mescla de fluorur d'hidrogen i pentafluorur d'antimoni en diverses proporcions

En la categoria de superàcids secundaris s'hi classifiquen mescles de dos superàcids primaris o de dos àcids que conjuntament donen una mescla d'alta acidesa. Se'n diferencien diversos grups:

  1. Mescles de dos àcids de Brønsted, com ara HF-HSO3F, HF-CF3SO3F i HB(HSO4)4.
  2. Mescles d'un àcid de Brønsted i un de Lewis, que es poden subdividir en:
    1. Mescles d'un àcid oxoàcid (H2SO4, HSO3F,...) amb un àcid de Lewis (SO3, SbF5, AsF5,...). És famós l'àcid màgic mescla de l'àcid fluorosulfúric, HSO3F, i el pentafluorur d'antimoni, SbF5, que té una funció d'acidesa mesurada, H0, entre -15 i -23; i se suposa que pot arribar a -29.
    2. Fluorur d'hidrogen amb un àcid de Lewis que contengui fluor (SbF5, PF5, TaF5,...). L'àcid fluoroantimònic, HF-SbF5, n'és un exemple; la seva funció d'acidesa, H0, té un dels valors mesurats més elevats, entre -16 i -24 en funció de les proporcions d'ambdós components i se suposa que pot arribar fins a -27.
    3. Àcids conjugats de Friedel-Crafts com HBr-AlBr3 o HCl-AlCl3.

Superàcids ternarisModifica

Els superàcids ternaris són mescles de tres components (àcids de Brønsted, àcids de Lewis o superàcids primaris) com per exemple HSO3F-HF-SbF5, HSO3F-HF-CF3SO3H i HSO3F-SbF5-SO3.[2] Com a exemple hi ha el superàcid format per HSO3F + 7% SbF5·SO3 que té una funció d'acidesa H0 = -19,35.[5]

Superàcids sòlidsModifica

Són compostos sòlids obtinguts per deposició o intercalació d'àcids forts en un substrat inert o àcid feble. Per exemple n'hi ha del tipus de les zeolites, resines d'àcids sulfònics amb àcids de Lewis, etc.[2]

ReferènciesModifica

A Wikimedia Commons hi ha contingut multimèdia relatiu a: Superàcid
  1. McNaught, A.D.; Wilkinson, A. IUPAC. Compendium of Chemical Terminology, the "Gold Book" (en anglès). 2ª. Oxford: Blackwell Scientific Publications, 1997. DOI 10.1351/goldbook.S06135. ISBN 0-9678550-9-8 [Consulta: 13 abril 2017]. 
  2. 2,0 2,1 2,2 2,3 2,4 Olah, G.A.; Surya Prakash, G.K.; Sommer, J.; Molnar, A. Superacid Chemistry (en anglès). 2ª. John Wiley & Sons, 2009. ISBN 9780470421543. 
  3. Hall NF, Conant JB «A Study of Superacid Solutions». Journal of the American Chemical Society, 49, 12, 1927, pàg. 3062–70. DOI: 10.1021/ja01411a010.
  4. Moeller, T. Química inorgánica. 3ª. Reverte, 1981. ISBN 9788429173901. 
  5. Harris, D.C. Analisis quimico cuantitativo. Reverte, 2007. ISBN 9788429172249.