超强酸(Superacid)是指比纯硫酸酸性更强的酸。[1]

简单的超强酸包括三氟甲磺酸[2]氟磺酸[3],它们的酸性都是硫酸的上千倍。在更多的情况下,超强酸不是单一纯净物而是几种化合物的混合物。注意:以前有说法认为王水酸性很强,是超强酸,这种说法基于的是王水能溶解金、铂等金属这个现象,但实际上,这仅仅体现的是王水的强氧化性,而且,就酸性而言,王水不及纯硫酸。

超强酸这一术语由詹姆斯·布莱恩特·科南特于1927年提出,用于表示比通常的无机酸更强的酸。乔治·安德鲁·欧拉因其在碳正离子和超强酸方面的研究获得1994年诺贝尔化学奖

超强酸的例子

氟锑酸

氟锑酸(Fluoroantimonic acid),是氟化氢(HF)与五氟化锑(SbF5)的混合物,为现在已知最强的超强酸。其中,氟化氢提供质子(H+)和共轭碱氟离子(F),氟离子通过强配位键与亲氟的五氟化锑生成具有八面体稳定结构的六氟化锑阴离子(SbF6),而该离子是一种非常弱的亲核试剂和非常弱的。于是质子就成为了“自由质子”,从而导致整合体系具有极强的酸性。氟锑酸的酸性通常是纯硫酸的2×1019倍(哈米特酸度函数 = − 31.3)。

氢氟酸和五氟化锑按1 :0.3(摩尔比)混合时,它的酸性是浓硫酸的1亿倍;按1 :1混合时,它的酸性是浓硫酸的10亿倍;按0.2 :1混合时,其酸性是100%纯硫酸的109倍。所以王水在它们面前只能是“小巫见大巫”。

由于超强酸的酸性和腐蚀性强的出奇,所以过去一些极难或根本无法实现的化学反应,在超强酸的条件下便能顺利进行。比如正丁烷,在超强酸的作用下,可以发生碳氢键的断裂,生成氢气,也可以发生碳碳键的断裂,生成甲烷,还可以发生异构化生成异丁烷,这些都是普通酸做不到的。

魔酸

魔酸(Magic acid)是最早发现的超强酸,称它有魔法是因为它能够分解蜡烛中的。魔酸是一种路易斯酸五氟化锑(SbF5)和一种质子酸氟磺酸(FSO3H)的混合物。(哈米特酸度函数 = − 19.2)

碳硼烷酸

碳硼烷酸(Carborane superacid):2004年,河滨加州大学的Christopher Reed研究小组合成出了这种最强的纯酸—碳硼烷酸(化学式:CHB11Cl11),碳硼烷的结构十分稳定且体积较大,一价负电荷被分散在碳硼烷阴离子的表面,因而与气场离子的作用很弱,从而具有令人吃惊的释放氢离子的能力。酸性是氟硫酸的一千倍,纯硫酸的一百万倍,但由于碳硼烷的结构稳定,在释出氢离子后难以再发生变化,因此腐蚀性极低,又被称为最温和的超强酸。(哈米特酸度函数 = − 18.0)

参见

参考资料

  1. ^ IUPAC 金皮书[1]
  2. ^ Simonato, Jean-Pierre. Article: Meet the industrial superacid: triflic acid and derivatives can be very efficient tools for modern chemistry.(Triflic acid). Chemistry and Industry. December 19, 2005. 
  3. ^ M. Juhasz, S. Hoffmann, E. Stoyanov, K.-C. Kim, C. A. Reed, Angewandte Chemie International Edition 43 5352 - 5355 2004.