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Superacidi

I superacidi sono acidi più forti degli acidi minerali e sono definiti, secondo la definizione classica, come acidi che presentano un’acidità maggiore rispetto a quella dell’acido solforico puro.

Definizione

Secondo la definizione moderna un superacido è una specie in cui il potenziale chimico del protone è maggiore rispetto all’acido solforico puro. Secondo la I.U.P.A.C. i superacidi sono ottenuti dalla combinazione di un acido di Lewis forte come SbF₅ e un acido di Brønsted-Lowry adatto come l’acido fluorosulfonico HSO₃F in rapporto 1:1.

I superacidi sono fluidi densi, viscosi e altamente corrosivi.

Sebbene il termine superacido sia stato coniato nel 1927 da James Bryant Conant quando riscontrò che l’acido perclorico era in grado di protonare aldeidi e chetoni in soluzioni non acquose per formare sali, fu solo negli anni ’60 che George Andrew Olah preparò un superacido a partire da SbF₅ e HSO₃F che era in grado di attaccare gli idrocarburi e fu pertanto detto “acido magico”.

Contrariamente agli acidi, i superacidi come la miscela costituita da FSO₃H–SbF₅ è in grado di convertire alla temperatura di 140°C  il metano in un carbocatione t-butilico secondo una serie di reazioni la prima delle quali prevede la protonazione del metano:

CH₄ + H⁺ → CH₅⁺

CH₅⁺ → CH₃⁺ + H₂

CH₃⁺ +3 CH₄ → (CH₃)₃C⁺ + 3 H₂

Proprietà

I superacidi hanno quindi la caratteristica di produrre carbocationi che costituiscono intermedi in molte reazioni organiche e di stabilizzarli onde poterli caratterizzare. I carbocationi, infatti, sono specie estremamente reattive, che reagiscono velocemente e non sono abitualmente isolabili.

Sono inoltre solventi per i nanotubi di carbonio e costituiscono una classe di composti con enormi applicazioni nel campo delle celle a combustibile e dell’industria petrolchimica.

Un superacido molto utilizzato è l’acido trifluorometansolfonico noto con il nome di acido triflico avente formula CF₃SO₃H, Esso è dotato di elevata stabilità termica e chimica usato come catalizzatore e come precursore in chimica organica e nelle titolazioni acido-base in ambienti non acquosi.

Nei superacidi il pentafluoruro di antimonio può essere sostituito da altri acidi di Lewis come AsP₅, TaF₅, NbF₅.

Nei superacidi il pentafluoruro di antimonio può essere sostituito da altri acidi di Lewis come AsP₅, TaF₅, NbF₅

In particolare i superacidi HF-TaF₅, HF-NbF₅, and HF-BF₃ non provocano reazioni collaterali ossidative.

Nel 2004 il chimico Christopher Reed ha ottenuto il superacido più forte conosciuto con il nome di acido carborano, un milione di volte più acido dell’acido solforico. Esso ha  formula H(CHB₁₁Cl₁₁) in cui il carbonio è posizionato al centro e ogni atomo di boro è legato a un atomo di cloro.

Esso è un ottimo donatore del protone in quanto l’anione (CHB₁₁Cl₁₁)^– si dispone secondo una geometria icosaedrica che gode di una particolare stabilità ed è l’unico acido in grado di protonare il fullerene.

I superacidi possono essere usati quali catalizzatori e offrono vantaggi notevoli rispetto ai normali catalizzatori. Si verifica un abbassamento della temperatura di esercizio, maggiore selettività, tempi di reazione minori e pochi sottoprodotti.

Sono utilizzati, in qualità di catalizzatori, tra cui le reazioni di alchilazione e acilazione aromatiche, oligomerizzazioni.