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Supersäuren Als 1 2 3 4 werden in der Chemie Säuren bezeichnet die stärker als konzentrierte 100 prozentige Schwefelsäur

Supersäuren

Als Supersäuren werden in der Chemie Säuren bezeichnet, die stärker als konzentrierte (100-prozentige) Schwefelsäure (H2SO4: pKs-Wert = −3,0) sind.

Alle Supersäuren haben somit einen pKs-Wert im negativen Bereich. Zur Quantifizierung der Säurestärke wird die Hammettsche Aciditätsfunktion verwendet.

Fluorsulfonsäure (HSO3F) ist beispielsweise mehrere tausendmal stärker als konzentrierte Schwefelsäure. Wird sie mit Antimonpentafluorid vereint, erhält man die nochmals stärkere magische Säure. Diese Mischung reagiert sogar mit Alkanen. Eine weitere verbreitete Supersäure ist Fluor-Antimonsäure (HSbF6: pKS = −17), welche aus Antimonpentafluorid und wasserfreiem Fluorwasserstoff besteht. Werden diese beiden Säuren miteinander kombiniert, wird ihre Acidität um den Faktor 103 erhöht. Auch organische Säuren können durch bestimmte Gruppen pKs-Werte unter −11 erreichen. Ein Beispiel dafür ist Pentacyanocyclopentadien. Seit 2004 sind auch per-halogenierte Carborane H(CHB11Cl11) als Supersäuren bekannt.

Im wässrigen Milieu lässt sich nicht nachweisen, dass eine Supersäure stärker als konzentrierte Schwefelsäure ist, da ein Protolysegrad größer als 1 nur in Abwesenheit von Basen möglich ist und somit im Wasser nicht erreicht werden kann. Dieser Effekt wird nivellierender Effekt des Wassers genannt.

Die Bedeutung von Supersäuren in der Grundlagenforschung liegt darin, dass in supersauren Medien bestimmte Spezies wie beispielsweise Carbokationen, anorganische Polykationen und Übergangsmetalle in niedrigen Oxidationsstufen stabilisiert werden können. Auch die Erzeugung von Metall-Xenon-Verbindungen, nichtklassischen Metallcarbonylen und protonierten Fullerenen gelang mithilfe von Supersäuren. Entscheidend ist dabei die geringe Nucleophilie und der große sterische Anspruch der Säurerestionen.

Durch ihre extrem hohe Acidität sind Supersäuren mitunter an Reaktionen beteiligt, die in der Chemie lange Zeit für ausgeschlossen gehalten wurden: Sie sind unter anderem in der Lage, die ausgesprochen reaktionsträgen Edelgase zu protonieren und Kohlenstoff-Atome mit formal fünf Bindungen (Carboniumionen) zu erzeugen.

Der Name geht auf den Chemiker James Bryant Conant in Harvard zurück (1927). Sie wurden besonders von George A. Olah für die Darstellung und Stabilisierung von Carbokationen benutzt.

Literatur Bearbeiten

  • George A. Olah, G. K. Surya Prakash, Jean Sommer, Arpad Molnar: Superacid Chemistry, 2. Auflage, Wiley 2009, ISBN 9780471596684

Siehe auch Bearbeiten

Quellen Bearbeiten

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  15. George Olah, My search for carbocations and their role in chemistry, Nobelvortrag 1994, S. 161, PDF
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Als Supersauren 1 2 3 4 werden in der Chemie Sauren bezeichnet die starker als konzentrierte 100 prozentige Schwefelsaure H2SO4 pKs Wert 3 0 sind 5 Alle Supersauren haben somit einen pKs Wert im negativen Bereich Zur Quantifizierung der Saurestarke wird die Hammettsche Aciditatsfunktion H 0 displaystyle H 0 verwendet 6 Fluorsulfonsaure HSO3F ist beispielsweise mehrere tausendmal starker als konzentrierte Schwefelsaure Wird sie mit Antimonpentafluorid vereint erhalt man die nochmals starkere magische Saure Diese Mischung reagiert sogar mit Alkanen Eine weitere verbreitete Supersaure ist Fluor Antimonsaure HSbF6 pKS 17 welche aus Antimonpentafluorid und wasserfreiem Fluorwasserstoff besteht Werden diese beiden Sauren miteinander kombiniert wird ihre Aciditat um den Faktor 103 erhoht Auch organische Sauren konnen durch bestimmte Gruppen pKs Werte unter 11 erreichen Ein Beispiel dafur ist Pentacyanocyclopentadien Seit 2004 sind auch per halogenierte Carborane H CHB11Cl11 als Supersauren bekannt 7 Im wassrigen Milieu lasst sich nicht nachweisen dass eine Supersaure starker als konzentrierte Schwefelsaure ist da ein Protolysegrad grosser als 1 nur in Abwesenheit von Basen moglich ist und somit im Wasser nicht erreicht werden kann Dieser Effekt wird nivellierender Effekt des Wassers genannt Die Bedeutung von Supersauren in der Grundlagenforschung liegt darin dass in supersauren Medien bestimmte Spezies wie beispielsweise Carbokationen 2 8 anorganische Polykationen 8 9 und Ubergangsmetalle in niedrigen Oxidationsstufen 9 10 11 stabilisiert werden konnen Auch die Erzeugung von Metall Xenon Verbindungen 11 12 13 nichtklassischen Metallcarbonylen 2 und protonierten Fullerenen 14 gelang mithilfe von Supersauren Entscheidend ist dabei die geringe Nucleophilie und der grosse sterische Anspruch der Saurerestionen Durch ihre extrem hohe Aciditat sind Supersauren mitunter an Reaktionen beteiligt die in der Chemie lange Zeit fur ausgeschlossen gehalten wurden Sie sind unter anderem in der Lage die ausgesprochen reaktionstragen Edelgase zu protonieren und Kohlenstoff Atome mit formal funf Bindungen Carboniumionen zu erzeugen Der Name geht auf den Chemiker James Bryant Conant in Harvard zuruck 1927 15 Sie wurden besonders von George A Olah fur die Darstellung und Stabilisierung von Carbokationen benutzt Literatur BearbeitenGeorge A Olah G K Surya Prakash Jean Sommer Arpad Molnar Superacid Chemistry 2 Auflage Wiley 2009 ISBN 9780471596684Siehe auch BearbeitenSuperbasenQuellen Bearbeiten N F Hall J B Conant A Study of superacid solutions I The use of chloranil in glacial acetic acid and the strength of certain weak bases in J Am Chem Soc 1927 49 3047 3061 doi 10 1021 ja01411a010 a b c C Janiak T M Klapotke H J Meyer E Riedel Moderne Anorganische Chemie 2 Aufl de Gruyter Berlin 2004 J E Huheey E Keiter R L Keiter Anorganische Chemie Prinzipien von Struktur und Reaktivitat 3 Aufl de Gruyter Berlin 2003 A F Holleman E Wiberg N Wiberg Lehrbuch der Anorganischen Chemie 101 Auflage Walter de Gruyter Berlin 1995 ISBN 3 11 012641 9 R J Gillespie T E Peel E A Robinson Hammett acidity function for some super acid systems I Systems H2SO4 SO3 H2SO4 HSO3F H2SO4 HSO3Cl and H2SO4 HB HSO4 4 in J Am Chem Soc 1971 93 5083 5087 doi 10 1021 ja00749a021 L P Hammett A J Deyrup A series of simple basic indicators I The acidity functions of mixtures of sulfuric acid and perchloric acids with water in J Am Chem Soc 1932 54 2721 2739 doi 10 1021 ja01346a015 Michael Hopkin World s strongest acid created In Nature 16 November 2004 S news041115 5 doi 10 1038 news041115 5 englisch nature com abgerufen am 15 Oktober 2020 a b G A Olah G K S Prakash J Sommer Superacids John Wiley amp Sons New York 1985 a b T A O Donnell Superacids and Acidic Melts as Inorganic Reaction Media VCH Weinheim 1993 C G Barraclough R W Cockman T A O Donnell W S J Schofield Electronic spectra of titanium II vanadium II and chromium II in anhydrous hydrogen fluoride in Inorg Chem 1982 21 2519 2521 doi 10 1021 ic00136a088 a b I C Hwang K Seppelt The Reduction of AuF3 in Super Acidic Solution in Z anorg allg Chem 2002 628 765 769 doi 10 1002 1521 3749 200205 628 4 lt 765 AID ZAAC765 gt 3 0 CO 2 E T Drews S Seidel K Seppelt Gold Xenon Komplexe in Angew Chem 2002 114 470 473 doi 10 1002 1521 3757 20020201 114 3 lt 470 AID ANGE470 gt 3 0 CO 2 U S Seidel K Seppelt Xenon as a Complex Ligand The Tetra Xenono Gold II Cation in AuXe42 Sb2F11 2 in Science 2000 290 117 118 doi 10 1126 science 290 5489 117 C A Reed K C Kim R D Bolskar L J Mueller Taming Superacids Stabilization of the Fullerene Cations HC60 and C60 in Science 2000 289 101 104 doi 10 1126 science 289 5476 101 George Olah My search for carbocations and their role in chemistry Nobelvortrag 1994 S 161 PDF Abgerufen von https de wikipedia org w index php title Supersauren amp oldid 232277340