Acido magico
L’acido magico, costituito da una miscela di acido fluorosulfonico FSO3H e pentafluoruro di antimonio, è un superacido capace di protonare molti composti organici dissolvendoli.
Il pentafluoruro di antimonio SbF5 quando è unito ad altri composti acidi coordina l’atomo di ossigeno aumentandone l’acidità. In particolare la miscela in cui l’acido fluorosulfonico e il pentafluoruro di antimonio sono uniti in rapporto molare 1:1 formando HSbF6SO3 che mostra inaspettate caratteristiche acide essendo in grado di protonare deboli accettori di protoni compresi gli idrocarburi ed è detta acido magico.
Negli anni ’60 durante un Christmas party a cui partecipava il gruppo di ricerca del chimico George Olah si scoprì per caso l’effetto di tale miscela
In una stanza in cui erano presenti tanti chimici qualcosa doveva pur accadere: uno di essi, Joachim Lukas, studente del gruppo di ricerca notò che una candelina era caduta dalla torta e la mise in una soluzione contenente l’acido fluorosulfonico e il pentafluoruro di antimonio e con grande stupore essa si dissolse nella soluzione.
La cera della candela, costituita da idrocarburi solidi, in prevalenza alcani, inaspettatamente si era disciolta nell’acido che quindi esibiva una estrema acidità. Lo spettro NMR mostrò la presenza del catione t-butilico suggerendo che la catena paraffinica che forma la cera era stata spezzata e quindi isomerizzata. Il professor Olah utilizzò questo acido nell’ambito delle sue ricerche innovative sulla chimica dei carbocationi ricevendo il Premio Nobel nel 1994.
Struttura
Il pentafluoruro di antimonio è un forte acido di Lewis che forma addotti anche con deboli basi di Lewis come SO3F–.
I complessi fluoroanionici risultanti sono estremamente stabili avendo una carica negativa distribuita in una specie altamente polarizzabile e possono protonare basi deboli compresi idrocarburi saturi. A seguito di tali reazioni idrocarburi a catena lineare possono essere convertite in catene ramificate.
Il metano reagisce con l’acido magico per dare CH5+ e altri cationi a maggior peso molecolare quali sottoprodotti alla temperatura di 140°C.
Il metano si comporta quindi da base secondo Brønsted-Lowry in quanto accettore di protoni. L’intermedio carbocationico perde H2 e si trasforma nel carbocatione CH3+ .
Esso è particolarmente instabile e può dare per reazione con il metano una serie di carbocationi come:
- C2H7+ in equilibrio con l’etano
- C2H5+ in equilibrio con l’etene:
Gli alcani a peso molecolare maggiore reagiscono con l’acido magico per dare carbocationi che, ad alte temperature, si suddividono come ad esempio:
CH3-C(CH3)2CH3 ⇌ [CH3-C(CH3)2CH4]+ ⇌ (CH3)3C+ + CH4