18.8: Sustitución aromática electrófila: sulfonación del benceno

La sulfonación del benceno es una reacción en la que el benceno se trata con ácido sulfúrico fumante a temperatura ambiente para producir ácido bencenosulfónico. El ácido sulfúrico fumante es una mezcla de trióxido de azufre y ácido sulfúrico concentrado.

El electrófilo activo es trióxido de azufre neutro o ion trióxido de azufre protonado, dependiendo de las condiciones de reacción. Uno de los mecanismos implica que el trióxido de azufre neutro actúa como un electrófilo, que reacciona con la nube de electrones π del benceno nucleofílico, formando un intermedio estabilizado por resonancia. Además, la pérdida de un protón del intermedio restablece su aromaticidad. Finalmente, la transferencia de protones desde el disolvente conduce a la formación de ácido bencenosulfónico.

El otro mecanismo implica el ion trióxido de azufre protonado como electrófilo, generado tras la activación del trióxido de azufre mediante la transferencia de protones desde el ácido sulfúrico.

Como electrófilo, el ion protonado ataca con la nube de electrones π del benceno, formando un ion arenio.

Finalmente, la desprotonación del ion arenio restablece la aromaticidad, proporcionando el ácido bencenosulfónico como producto final y regenerando el catalizador ácido.

El ácido sulfúrico diluido y el vapor pueden revertir la reacción de sulfonación.

La sulfonación aromática se utiliza ampliamente en la síntesis de detergentes, colorantes y sulfonamidas.

La sulfonación del benceno es un tipo de sustitución aromática electrofílica, en la que el benceno reacciona con el ácido sulfúrico humeante u óleum, una mezcla de trióxido de azufre y ácido sulfúrico concentrado, para formar ácido bencenosulfónico.

Dependiendo de las condiciones de reacción, el electrófilo reactivo es trióxido de azufre neutro o un ion trióxido de azufre protonada.

Cuando el trióxido de azufre neutro es atacado por la π nube de electrones del benceno nucleofílico, forma un complejo intermedio estabilizado por resonancia.

La desprotonación del complejo intermedio restaura la aromaticidad.

Finalmente, la transferencia de protones del solvente genera ácido bencenosulfónico como producto.

Alternativamente, la transferencia de protones de ácido sulfúrico a trióxido de azufre forma un ion trióxido de azufre prototonado.

El electrófilo protonada es atacado por el enlace π del benceno para formar un ion arenio.

Por último, la desprotonación del ion arenio restaura la aromaticidad, dando ácido bencenosulfónico y regenerando el catalizador.

En particular, la reacción de sulfonación se puede revertir pasando ácido sulfúrico diluido en presencia de vapor.