磺酸：定义、性质、分类与应用

磺酸：定义、性质、分类与应用

磺酸是一类重要的有机化合物，广泛应用于化工、制药、染料等多个领域。本文将从磺酸的定义、性质、分类、制备方法及其在工业中的应用等方面进行详细介绍。

磺酸的定义与分类

烃的衍生物
磺酸是指烃分子中的氢原子被磺酸基(-SO3H)取代的衍生物，也是硫酸分子中一个羟基被烃基取代的衍生物，例如甲磺酸CH3SO3H、苯磺酸C6H5SO3H、氯磺酸Cl-SO3H等，可用通式R-SO3H表示，式中R是烷基时为烷基磺酸；R为芳基时为芳基磺酸，简称芳磺酸。

磺酸的性质

磺酸是有机酸中最强的酸，其酸性强度与硫酸或盐酸相近。磺酸的钙盐、镁盐均溶于水，其钠盐与五氯化磷(PCl5)或亚硫酰氯(Cl2SO)作用，生成相应的磺酰氯。芳磺酸在酸作用下水解，可去掉磺酸基生成相应芳香族化合物；磺酸的钠盐与氢氧化钠熔融，然后酸化生成酚。这是工业上制备酚的一种方法。由烃类磺化作用或由第一卤代烃与亚硫酸钠在较高温度下作用制得，也可用硫醇、硫酚氧化而得。芳香族磺酸是合成染料和药物等的中间体。

工业或实验室中，一些芳磺酸，如对甲苯磺酸常用作酸性催化剂以代替硫酸；一些较长链的烷基苯磺酸的钠盐，如十二烷基苯磺酸钠是一在软水、硬水中均有良好去污能力的洗涤剂。

磺酸的分类与应用

重要的化工原料
磺酸有脂肪族磺酸和芳香族磺酸两大类。主要的磺酸为甲基磺酸、对甲苯磺酸、邻甲酚磺酸、对苯乙烯磺酸、十二烷基苯磺酸，以及磺酸性离子交换树脂，有聚苯乙烯树脂型和酚醛树脂等。

磺酸易溶于水，吸湿性强。磺酸基团是一种强水溶性、强酸性基团，其有硫酸一样的强酸酸性。对氧化剂和还原剂稳定。芳香族磺酸与稀酸一起加热则磺酸基被氢取代，然后碱熔则生成苯酚。磺酸基具有减缓毒性的作用，例如向毒性强的苯胺、2-萘胺或者某些硝基化合物中引入磺酸基，则可使它们变成无毒物。

磺酸及其衍生物是重要的化工原料，用作洗涤剂、乳化剂、润滑添加剂、催化剂、离子交换树脂等。低烷基苯磺酸盐的应用目的在于使较难溶于水的物质变为可溶。高烷基苯磺酸的主要用途是家用洗涤剂。磺酸烷基酯是一种强烷基化剂。芳基磺酸酯则是杀虫剂的原料。磺酸是烷基化、聚合、酯化、酯交换、醚化、脱水反应的有效催化剂。利用磺酸型离子交换树脂作催化剂时，具有在反应系统中不溶解的优点、操作简单，容易再生。磺酸可以生成磺酰氯；磺酰氯可以氨化，生成磺胺，由磺胺可制备一系列的磺胺药物。

磺酸盐

磺酸盐作为润滑油的清净剂和防锈剂，可提高润滑油的清净性和防锈性能。磺酸盐的品种尽管很多，可粗略分成若干类型。按原料来源不同可分为石油磺酸盐(天然磺酸盐)和合成磺酸盐，二者效果差不多;按碱值不同可分为中性或低碱值(<100)磺酸盐、中碱值(150左右)、高碱值(300左右)和超碱值 (400左右)磺酸盐;按金属不同种类可分为磺酸钠、磺酸钙、磺酸镁和磺酸钡盐，但以磺酸钙盐用得较多。

磺酸盐一般由发烟硫酸或三氧化硫磺化合适的润滑油馏分(石油磺酸盐)或烷基苯 (合成磺酸盐)，然后在促进剂作用下再金属化制得不同碱值各类金属的磺酸盐。它是一种油溶液的琥珀色至深褐色产品。磺酸盐原料易得，价格便宜，具有高温清净性好，酸中和能力强和防锈性好，并具有一定的分散和增溶能力，它与其他添加剂复合用于内燃机油和防锈油中，其缺点是在使用中有促进氧化的作用。各种碱值的磺酸钙的结构示意式如下：

(RSO3)2·Ca 中性磺酸钙

(RSO3)2·Ca·OH 碱性磺酸钙

(RSO3)2·Ca·(CaCO3)n中、高、超碱值磺酸钙

磺酸的化学反应

①与芳烃反应
芳香族磺酸与芳烃发生硫原子上的芳基化反应(芳烃的磺酰基化反应)，生成砜：

②与五氯化磷、三氯化磷、三氯氧磷反应
磺酸或其钠盐与五氯化磷、三氯化磷、三氯氧磷等共热，生成磺酰氯：

③与碱反应
磺酸是强酸，可与碱或弱酸强碱盐、强酸强碱盐反应，生成磺酸盐。

脂肪族磺酸盐与氢氧化钠共融时生成烯烃。

芳香族磺酸盐与氢氧化钠共融时生成酚钠。

④磺酸基的取代反应
芳香族磺酸或其钠盐中的磺酸基可被氢、羟基、氰基、巯基、胺基所取代，分别生成芳烃、酚、芳基腈、硫酚、胺等化合物。

磺酸的用途

磺酸及其衍生物广泛应用于多个领域，包括：

• 洗涤剂：高烷基苯磺酸是家用洗涤剂的主要成分。
• 催化剂：芳磺酸常用作酸性催化剂，替代硫酸。
• 离子交换树脂：磺酸型离子交换树脂在水处理和化工生产中广泛应用。
• 药物合成：磺酸是制备磺胺类药物的重要中间体。
• 润滑添加剂：磺酸盐作为润滑油的清净剂和防锈剂，提高润滑油性能。

磺酸的制备方法

磺酸的制备方法多样，主要包括：

1. 将工业二氧化硫气体或钢瓶二氧化硫洗瓶后，通入纯水，即得亚硫酸。
2. 亚硫酸仅存在于水溶液中，习惯上将二氧化硫的水溶液作为亚硫酸的水溶液看待。将钢瓶装二氧化硫或用其他方法产生的二氧化硫通入蒸馏水即可制得亚硫酸水溶液。

安全注意事项

磺酸属于腐蚀性物品，在使用和储存时需要注意以下事项：

• 库房应保持通风、低温、干燥。
• 与氧化剂、氰化物、H发孔剂、碱类分开存放。
• 灭火剂可选用砂土、雾状水、二氧化碳。