18.8: Substitution aromatique électrophile : sulfonation du benzène

La sulfonation du benzène est une réaction dans laquelle le benzène est traité avec de l'acide sulfurique fumant à température ambiante pour produire de l'acide benzènesulfonique. L'acide sulfurique fumant est un mélange de trioxyde de soufre et d'acide sulfurique concentré.

L'électrophile actif est soit du trioxyde de soufre neutre, soit un ion trioxyde de soufre protoné, selon les conditions de réaction. L'un des mécanismes implique le trioxyde de soufre neutre agissant comme un électrophile, qui réagit avec le nuage d'électrons π du benzène nucléophile, formant un intermédiaire stabilisé par résonance. De plus, la perte d'un proton de l'intermédiaire restaure son spice. Enfin, le transfert de protons depuis le solvant conduit à la formation d'acide benzènesulfonique.

L'autre mécanisme implique l'ion protoné du trioxyde de soufre comme électrophile, généré lors de l'activation du trioxyde de soufre par transfert de protons depuis l'acide sulfurique.

En tant qu'électrophile, l'ion protoné attaque avec le nuage d'électrons π du benzène, formant un ion arénium.

Enfin, la déprotonation de l'ion arénium restaure l'aromaticité, fournissant l'acide benzènesulfonique comme produit final et régénérant le catalyseur acide.

L'acide sulfurique dilué et la vapeur peuvent inverser la réaction de sulfonation.

La sulfonation aromatique est largement utilisée dans la synthèse de détergents, de colorants et de sulfamides.

La sulfonation du benzène est un type de substitution aromatique électrophile, où le benzène réagit avec l’acide sulfurique fumant ou l’oléum, un mélange de trioxyde de soufre et d’acide sulfurique concentré, pour former de l’acide benzènesulfonique.

Selon les conditions de réaction, l’électrophile réactif est soit du trioxyde de soufre neutre, soit un ion trioxyde de soufre protoné.

Lorsque le trioxyde de soufre neutre est attaqué par le nuage d’électrons π de benzène nucléophile, il forme un complexe intermédiaire stabilisé par résonance.

La déprotonation du complexe intermédiaire restaure l’aromaticité.

Enfin, le transfert de protons à partir du solvant génère de l’acide benzènesulfonique comme produit.

Alternativement, le transfert de protons de l’acide sulfurique au trioxyde de soufre forme un ion trioxyde de soufre protoné.

L’électrophile protoné est attaqué par la liaison π du benzène pour former un ion arénium.

Enfin, la déprotonation de l’ion arénium restaure l’aromaticité, donnant de l’acide benzènesulfonique et régénérant le catalyseur.

Notamment, la réaction de sulfonation peut être inversée en faisant passer de l’acide sulfurique dilué en présence de vapeur.