Superacidi

DallaI 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

Dalla reazione di CH₃⁺ con il metano si ha:

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. Esso è 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.

Ha la proprietà di essere 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.