Bentseenin sulfonointi

Bentseenin sulfonointi

Aromaattinen elektrofiilinen substituutio

Huoneenlämpötilassa bentseeni ei reagoi väkevän rikkihapon kanssa, mutta se reagoi kyllä savuavan rikkihapon kanssa. Väkevän rikkihapon H₂SO₄kanssa reaktio tapahtuu kuumennettaessa. Elektrofiilinä toimii rikkitrioksidi SO₃.Tuotteena saadaan bentseenisulfonihappoa. Savuava rikkihappo (oleumi) on rikkitrioksidin SO₃ 8-prosenttinen rikkihappoliuos, joka sisältää jonkin verran myös pyrorikkihappoa H₂S₂O₇.

Esimerkki	Bentseenin sulfonointi
Rikkitrioksidi						Kiinnitä huomiota seuraaviin asioihin: Rikkitrioksidimolekyylin rakenne Miksi rikkitrioksidi on elektrofiili? Bentseenin -elektronipilvestä irtoaa elektroneja sidoksen muodostumiseen. Montako -elektronia siirtyy ja montako jää? Kaari ja +-merkki tarkoittavat, että +-varaus on delokalisoitunut.
	Rikki on kolmannen jakson alkuaine, jolla on d-orbitaaleja. Niinpä sen uloimmalle elektronikuorelle mahtuu enemmän kuin oktetin verran elektroneja. Siksi rakennekaavaan on merkitty 12 elektronia rikin ympärille. Rakenne voitaisiin esittää myös resonassimuotoja käyttäen. Kuvassa on rikkitrioksidimolekyylin kalottimalleja sekä elektrostaattinen potentiaalipinta (oikealla). Sininen väri osoittaa positiivisen ja punainen negatiivisen osittaisvarauksen.
Mekanismi
	Elektrofiilinen hyökkäys ja protonin siirtyminen bentseenirenkaasta sulfonihapporyhmään
	Aromaattisessa sulfonoinnissa muodostuu tasapaino, jota voidaan siirtää säätelemällä lähtöaineiden tai tuotteen määrää reaktioseoksessa. Jos reaktioseokseen lisätään vettä, tapahtuu erittäin eksoterminen reaktio. Mikä? Miten se vaikuttaa sulfonoinnin tasapainoon?

	Aromaattinen sulfonointi on teollisesti tärkeä reaktio, jolla on käyttöä valmistettaessa pesuaineiden anionisia tensidejä sekä tekstiiliväriaineita. Sulfonihapporyhmää tarvitaan väriaineissa kiinnittämään väriainemolekyylejä kuidun emäksisiin ryhmiin. Lisäkysymys a) Dodekyylibentseenisulfonihaposta saadaan anioninen tensidi lipeäkäsittelyllä. Kirjoita reaktioyhtälö, joka kuvaa tapahtumaa. Minkätyyppinen reaktio on kyseessä? Sulfonihapossa sulfonihapporyhmä on para-asemassa alkyyliryhmään nähden. b) Villa on proteiinikuitu. Mitä sulfonihapon kanssa reagoivia ryhmiä villakuidussa on? Vastaus					Anioninen tensidi on pesuaineseoksen pesevä yhdiste. "Tensidi" tarkoittaa pintajännitystä alentavaa ainetta. "Anioninen" kertoo, että kyseessä on negatiivisesti varautunut ioni.


	Rikkitrioksidimolekyyli on kolmiomainen. Kaikki sidokset ovat samassa tasossa. Kolmion kärkiin sijoittuneet happiatomit vetävät sidoselektroneja puoleensa, koska hapen elektronegatiivisuus on suurempi kuin rikin (O 3,5 ja S 2,5). Rikkiatomiin syntyy positiivinen osittaisvaraus, joka molekyylin muodon takia on helposti saavutettavissa elekrofiilisessä hyökkäyksessä.


	Bentseenissä on 6 -elektronia, joista 2 käytetään sulfonihapporyhmän sitomiseen. Jäljelle jää siten 4 -elektronia.


	SO₃ + H₂O H₂SO₄
	Koska reaktio kuluttaa toista lähtöainetta, rikkitrioksidia, tasapaino siirtyy lähtöaineiden suuntaan. Kun aromaattista sulfonihappoa kuumennetaan rikkihapon vesiliuoksessa, sulfonihapporyhmä korvautuu protonilla. Niinpä sulfonihapporyhmää voidaan käyttää synteeseissä ohjaaman toisia substituentteja ja poistaa ryhmä molekyylistä sen jälkeen.


	a) Reaktio on protolyysi (neutraloitumisreaktio).

	b) Villakuitu on proteiini, ts. se koostuu polypeptidiketjuista. Jokaisen ketjun päässä on aminoryhmä. Lisäksi aminohapoissa on emäksisiä NH₂-sivuryhmiä.