Сверхкислота́ (или су̀перкислота́ ) — вещество или смесь веществ, параметр кислотности которых превышает кислотность 100%-ой серной кислоты . В данном случае параметр кислотности принимается как способность кислоты протонировать произвольное основание и фактически совпадает с функцией кислотности . Для 100 % серной кислоты параметр кислотности составляет H ₀ = −11,93 . Наличие воды снижает кислотность сверхкислот, так как в присутствии воды сила кислоты ограничивается кислотностью иона гидроксония H ₃ O ⁺ .

История

Термин суперкислота (используемый в англоязычной литературе) введён Джеймсом Конантом в 1927 году для классификации более сильных кислот, чем обычные минеральные кислоты . В 1994 году Джордж Ола был удостоен Нобелевской премии за своё исследование суперкислот и их применения в прямом наблюдении карбкатионов .

Магическая кислота получила своё название за исключительную способность растворять воск. Она является смесью пентафторида сурьмы , который является кислотой Льюиса , и фторсульфоновой кислоты — . Одной из сильнейших суперкислотных систем является гексафторсурьмяная кислота — смесь плавиковой кислоты и пентафторида сурьмы . В этой системе плавиковая кислота выделяет протон (H ⁺ ), а сопряжённое основание (F ⁻ ) изолируется координационной связью с пентафторидом сурьмы . Так образуется большой октаэдрический анион (SbF ₆ ⁻ ), являющийся очень слабым нуклеофилом и очень слабым основанием . Став «свободным», протон обусловливает сверхкислотность системы. Фторсурьмяная кислота в 2⋅10 ¹⁹ раз сильнее 100%-ой серной кислоты .

Химические свойства

Для характеристики кислотности веществ в неводных средах используют функцию кислотности Гаммета Н ₀ . Известны жидкости, для которых Н ₀ более отрицательна, чем для концентрированных водных растворов очень сильных кислот, таких, как HNO ₃ , Н ₂ SO ₄ . Эти жидкости называются сверхкислотами. Примеры: 100%-я H ₂ SO ₄ ( Н ₀ = −12 ), безводная фторсульфоновая кислота HSO ₃ F ( Н ₀ = −15 ), смесь HF и SbF ₅ ( Н ₀ = −28 ), 7%-й раствор SbF ₅ в HSO ₃ F ( Н ₀ = −19,4 ). Эквимолярную смесь HSO ₃ F и SbF ₅ называют « магической кислотой ». Сверхкислотность обусловлена исключительной слабостью взаимодействия с протоном соответствующих анионов (HSO ₄ ⁻ , SbF ₆ ⁻ и др.). В среде сверхкислот протонируются вещества, обычно не проявляющие основных свойств, в частности углеводороды. Это явление используют на практике, преимущественно в органическом синтезе ( алкилирование по Фриделю — Крафтсу , гидрирование нефти и др.).

Протонные суперкислоты

К простым суперкислотам относят трифторметансульфоновую (CF ₃ SO ₃ H), хлорную , хлорсульфоновую , , фторсульфоновую (FSO ₃ H) кислоты. Во многих случаях суперкислота является не одиночным соединением, а смесью соединений, совмещаемых для достижения высокой кислотности.

Карборановая кислота — одна из самых сильных кислот , из тех, которые можно хранить в бутылках. Она в миллион раз сильнее концентрированной серной кислоты. Создана в университете Калифорнии ( США ) при участии сотрудников Института катализа СО РАН ( Новосибирск ). Самой сильной сверхкислотой из всех, на данный момент, является фторированная карборановая кислота .

Сильнейшей известной кислотой среди всех систем является ион гидрида гелия , но данную систему невозможно хранить в сколько-нибудь заметном количестве.

Сверхкислоты Льюиса

К сверхкислотам Льюиса относятся большинство пентафторидов металлов и трифторид бора .

Примечания

Ссылки

• A. Olah. J. Org. Chem., 70, 2005, 2413—2429