Vite Recherche
L'acide p-toluènesulfonique (communément abrégé PTSA, p-TsOH ou TsOH) est un acide sulfonique organique fort et largement utilisé.
En pratique, la forme commercialement importante est le monohydrate (p-TsOH·H₂O).
Le monohydrate combine les avantages pratiques d'un catalyseur solide et hautement acide avec une manipulation pratique par rapport aux acides minéraux liquides.
Numéros CAS : 104-15-4 (acide p-toluènesulfonique parent/anhydre), 6192-52-5 (monohydraté en tant que substance).
Formule moléculaire (monohydraté) : C₇H₈O₃S · H₂O ; masse molaire ≈ 190,22 g·mol⁻¹ (monohydraté).
Nomenclature, synonymes et numéros de registre
IUPAC / nom systématique
Acide 4-méthylbenzène-1-sulfonique monohydraté (pour le solide hydraté).
SYNONYMES
Acide p-toluènesulfonique monohydraté; acide paratoluènesulfonique monohydraté; p-TsOH·H₂O; pTsOH monohydraté; PTSA monohydraté; acide tosique (nom commun, moins utilisé); TsOH monohydraté; acide 4-méthylbenzènesulfonique hydraté.
Cet article compile la nomenclature et les identifiants, les propriétés physiques et chimiques, les voies de préparation, les caractéristiques analytiques et spectroscopiques, les utilisations synthétiques (comme catalyseur acide, agent déshydratant, précurseur de la chimie de la tosylation), les applications industrielles, la manipulation et la sécurité, le devenir environnemental, ainsi que la littérature représentative et les données des fournisseurs.
Les données quantitatives clés — numéros CAS, poids moléculaires, point de fusion, solubilité et force acide — sont fournies avec des références.
Identificateurs clés (porteurs) :
Nom préféré : acide p-toluènesulfonique monohydraté (p-TsOH·H₂O).
Numéros de registre
CAS (anhydre) : 104-15-4.
CAS (monohydraté) : 6192-52-5.
Données moléculaires et structurelles
Formules et poids
p-TsOH anhydre : C₇H₈O₃S (M ≈ 172,20 g·mol⁻¹).
Monohydrate : C₇H₈O₃S·H₂O (M ≈ 190,22 g·mol⁻¹).
Cycle benzénique aromatique avec un substituant para-méthyle et un substituant acide sulfonique (-SO₃H) en position 1 ; le groupe sulfonique est de géométrie tétraédrique S(VI) avec trois attaches O et une C (l'un des atomes O porte l'hydrogène acide dans l'unité –SO₃H).
L'eau dans le monohydrate est liée à l'hydrogène dans le réseau cristallin et affecte le comportement de fusion et l'hygroscopicité.
Cristallographie
Solide cristallin sous forme de monohydrate dans des conditions de stockage ambiantes typiques ; les cristaux sont hygroscopiques.
Les analyses aux rayons X indiquent de forts réseaux de liaisons hydrogène entre les oxygènes sulfoniques et l'eau de cristallisation ; de nombreux polymorphes/solvates ont été décrits dans la littérature pour les acides sulfoniques en général (voir la littérature cristallographique pour les paramètres précis de la maille unitaire). (Les fiches techniques des fournisseurs représentatifs fournissent des descripteurs cristallographiques pratiques.)
Propriétés physiques (pratiques, mesurées)
Les valeurs ci-dessous sont des plages typiques rapportées par les fournisseurs et les bases de données ; de petites différences apparaissent avec la pureté et l'état d'hydratation.
Aspect : solide cristallin blanc à blanc cassé (monohydraté).
Point de fusion : monohydrate généralement ~96–105 °C (valeurs de la littérature/du fournisseur ~96–105 °C) ; la forme anhydre fond beaucoup plus bas (~38 °C pour le matériau anhydre qui se sublime/se décompose).
Densité : ≈1,24 g·cm⁻³ (solide).
Solubilité : hautement soluble dans l'eau et les solvants organiques polaires (par exemple, alcools, acétone, acétonitrile) ; solubilité dans l'eau rapportée importante — des dizaines de g pour 100 mL (par exemple, ~67 g/100 mL rapportée dans certaines références pour la forme anhydre dans l'eau à température ambiante).
pKₐ / acidité : un acide organique fort — dans l'eau, le pKₐ est très faible (les valeurs rapportées pour les acides benzènesulfoniques sont généralement ≤ −2 à −3 en milieu aqueux ; le pTSA est effectivement un acide fort comparable aux acides minéraux dans de nombreux milieux réactionnels organiques). Dans les solvants non aqueux, les acidités diffèrent (par exemple, pK_a dans l'acétonitrile ≈ 8,5 sur l'échelle de l'acétonitrile en utilisant des conventions spécifiques).
Stabilité : solide stable dans des conditions normales ; hygroscopique et déliquescent dans des conditions humides s'il est impur ; se décompose à des températures élevées en laissant des résidus sulfonés ; éviter les oxydants forts sous chauffage.
Voies de synthèse et production
Fabrication industrielle (aperçu)
La fabrication industrielle de l'acide p-toluènesulfonique dérive de la sulfonation électrophile du toluène à l'aide de systèmes de trioxyde de soufre (SO₃) ou d'acide sulfurique concentré/SO₃–acide sulfurique fumant pour introduire le groupe acide sulfonique principalement en position para.
Le contrôle de la réaction (température, stoechiométrie, catalyseur/promoteur, absorption de chaleur) et le traitement ultérieur (neutralisation, concentration, cristallisation) fournissent l'acide sulfonique qui est ensuite cristallisé sous forme de monohydrate pour la manipulation et la distribution commerciale.
Des variantes de procédé existent pour favoriser l'isomère para et minimiser la polysulfonation et l'oxydation.
Après la sulfonation, les étapes de purification comprennent le traitement aqueux, l'élimination du SO₂/SO₃ résiduel, la neutralisation de l'acide minéral libre, la concentration et la cristallisation.
Préparations de laboratoire
Sulfonation directe du toluène : voie classique utilisant de l'acide sulfurique fumant ou du gaz SO₃ pour produire des acides p- et o-toluènesulfoniques ; l'isomère para prédomine à des températures contrôlées ; la séparation/purification ultérieure par recristallisation à partir du solvant donne du monohydrate.
Méthodes de synthèse alternatives : sulfonation de substrats aromatiques activés dans des conditions plus douces à l'aide d'acide chlorosulfonique suivie d'une hydrolyse ; celles-ci sont moins courantes pour la fabrication à grande échelle en raison des profils de manipulation et de sous-produits.
Purification et conversion en monohydrate
Après réaction et séparation des acides inorganiques, le p-TsOH est généralement isolé par concentration et cristallisation (la présence d'eau conduit à la formation de monohydrate).
Les fournisseurs sèchent ensuite jusqu'à la teneur en humidité résiduelle spécifiée pour fournir les qualités monohydratées ou anhydres en fonction de l'application requise.
Méthodes analytiques et caractérisation
Chromatographie et dosages de pureté
HPLC / chromatographie ionique : dosages quantitatifs du p-TsOH dans les mélanges ; la détection UV aux longueurs d'onde d'absorption aromatique ou la détection de conductivité en chromatographie ionique sont couramment utilisées pour le dosage et le profilage des impuretés.
GC : généralement non utilisé pour l'acide sulfonique intact (non volatil) mais utilisé pour le toluène ou les impuretés volatiles.
Titrage : titrage acido-basique (aqueux) pour l'acidité totale ; titrage coulométrique pour une grande précision.
Spectroscopie et caractérisation structurale
RMN ¹H (DMSO-d₆ / D₂O) : signaux aromatiques compatibles avec le benzène para-substitué (deux ensembles de protons aromatiques), singulet méthyle autour de δ ~2,3 ppm ; le proton acide souvent large et échangeable dans les solvants protiques.
RMN du ¹³C : résonances pour les carbones aromatiques, carbone méthylique ~δ 21 ppm ; déplacements caractéristiques du carbone aromatique sulfoné.
IR (FTIR) : bandes d'étirement fortes S=O (étirements sulfonyle asymétriques et symétriques) généralement proches de 1150–1350 cm⁻¹, bande large d'étirement forte O–H (acide sulfonique et eau) dans la région de 3200–3600 cm⁻¹, étirements aromatiques C–H et modes de flexion méthyle.
Spectrométrie de masse (ESI/HRMS) : ion moléculaire de l'anion sulfonate déprotoné souvent observé en mode négatif ; les schémas de fragmentation reflètent la perte de SO₃/H₂O sous forte ionisation.
Analyse élémentaire : prend en charge la composition et l'hydratation ; pesée précise et analyse de l'humidité (Karl Fischer) utilisées pour déterminer la teneur en eau (stoechiométrie monohydratée).
Point de fusion / DSC : Le DSC montre souvent un endotherme correspondant aux transitions fusion/hydrate (comportement monohydraté).
Cristallographie aux rayons X : utilisée pour confirmer la liaison eau et hydrogène du réseau ; disponible dans la littérature pour les formes solides.
INFORMATIONS DE SÉCURITÉ CONCERNANT L'ACIDE P-TOULÈNE SULFONIQUE MONOHYDRATÉ
Mesures de premiers secours :
Description des mesures de premiers secours :
Conseils généraux :
Consultez un médecin.
Montrez cette fiche de données de sécurité au médecin traitant.
Sortez de la zone dangereuse :
En cas d'inhalation :
En cas d'inhalation, déplacer la personne à l'air frais.
En cas d'arrêt respiratoire, pratiquer la respiration artificielle.
Consultez un médecin.
En cas de contact avec la peau :
Retirez immédiatement les vêtements et les chaussures contaminés.
Laver avec du savon et beaucoup d'eau.
Consultez un médecin.
En cas de contact avec les yeux :
Rincer abondamment à l'eau pendant au moins 15 minutes et consulter un médecin.
Continuer à rincer les yeux pendant le transport vers l’hôpital.
En cas d'ingestion :
NE PAS faire vomir.
Ne jamais rien donner par voie orale à une personne inconsciente.
Rincer la bouche avec de l'eau.
Consultez un médecin.
Mesures de lutte contre l'incendie :
Moyens d'extinction :
Moyens d’extinction appropriés :
Utiliser de l’eau pulvérisée, de la mousse résistante à l’alcool, un produit chimique sec ou du dioxyde de carbone.
Dangers particuliers résultant de la substance ou du mélange
Oxydes de carbone, oxydes d'azote (NOx), gaz chlorhydrique
Conseils aux pompiers :
Portez un appareil respiratoire autonome pour lutter contre l'incendie si nécessaire.
Mesures en cas de déversement accidentel :
Précautions individuelles, équipement de protection et procédures d'urgence
Utiliser un équipement de protection individuelle.
Évitez de respirer les vapeurs, les brouillards ou les gaz.
Évacuer le personnel vers des zones sûres.
Précautions environnementales :
Empêcher toute fuite ou tout déversement supplémentaire si cela peut être fait en toute sécurité.
Ne pas laisser le produit pénétrer dans les égouts.
Le rejet dans l’environnement doit être évité.
Méthodes et matériaux de confinement et de nettoyage :
Absorber avec un matériau absorbant inerte et éliminer comme déchet dangereux.
Conserver dans des récipients appropriés et fermés pour l'élimination.
Manipulation et stockage :
Précautions pour une manipulation sans danger :
Éviter l’inhalation de vapeurs ou de brouillards.
Conditions de stockage sûr, y compris d’éventuelles incompatibilités :
Conserver le récipient bien fermé dans un endroit sec et bien aéré.
Les récipients ouverts doivent être soigneusement refermés et maintenus en position verticale pour éviter les fuites.
Classe de stockage (TRGS 510) : 8A : matières dangereuses combustibles et corrosives
Contrôles de l'exposition/protection individuelle :
Paramètres de contrôle :
Composants avec paramètres de contrôle du lieu de travail
Ne contient aucune substance présentant des valeurs limites d’exposition professionnelle.
Contrôles d'exposition :
Contrôles techniques appropriés :
Manipuler conformément aux bonnes pratiques d’hygiène industrielle et de sécurité.
Lavez-vous les mains avant les pauses et à la fin de la journée de travail.
Équipement de protection individuelle :
Protection des yeux/du visage :
Lunettes de sécurité bien ajustées.
Écran facial (8 pouces minimum).
Utilisez un équipement de protection oculaire testé et approuvé selon les normes gouvernementales appropriées telles que NIOSH (États-Unis) ou EN 166 (UE).
Protection de la peau :
Manipuler avec des gants.
Les gants doivent être inspectés avant utilisation.
Utiliser des gants appropriés
technique de retrait (sans toucher la surface extérieure du gant) pour éviter tout contact cutané avec ce produit.
Jetez les gants contaminés après utilisation conformément aux lois en vigueur et aux bonnes pratiques de laboratoire.
Se laver et se sécher les mains.
Contact complet :
Matériau : caoutchouc nitrile
Épaisseur minimale de la couche : 0,11 mm
Temps de percée : 480 min
Matériau testé : Dermatril (KCL 740 / Aldrich Z677272, taille M)
Contact par éclaboussures
Matériau : caoutchouc nitrile
Épaisseur minimale de la couche : 0,11 mm
Temps de percée : 480 min
Matériau testé : Dermatril (KCL 740 / Aldrich Z677272, taille M)
Cela ne doit pas être interprété comme une approbation pour un scénario d’utilisation spécifique.
Protection du corps :
Combinaison complète de protection contre les produits chimiques. Le type d'équipement de protection doit être sélectionné en fonction de la concentration et de la quantité de la substance dangereuse sur le lieu de travail spécifique.
Protection respiratoire :
Lorsque l'évaluation des risques montre que les respirateurs à épuration d'air sont appropriés, utilisez un respirateur complet avec des cartouches respiratoires combinées polyvalentes (US) ou de type ABEK (EN 14387) comme solution de secours aux contrôles techniques.
Si le respirateur est le seul moyen de protection, utilisez un respirateur à adduction d’air complet.
Utilisez des respirateurs et des composants testés et approuvés conformément aux normes gouvernementales appropriées telles que NIOSH (États-Unis) ou CEN (UE).
Contrôle de l'exposition environnementale
Empêcher toute fuite ou tout déversement supplémentaire si cela peut être fait en toute sécurité.
Ne pas laisser le produit pénétrer dans les égouts.
Le rejet dans l’environnement doit être évité.
Stabilité et réactivité :
Stabilité chimique :
Stable dans les conditions de stockage recommandées.
Matériaux incompatibles :
Agents oxydants forts :
Produits de décomposition dangereux :
Des produits de décomposition dangereux se forment en cas d'incendie.
Oxydes de carbone, oxydes d'azote (NOx), gaz chlorhydrique.
Considérations relatives à l’élimination :
Méthodes de traitement des déchets :
Produit:
Proposez les solutions excédentaires et non recyclables à une entreprise d’élimination agréée.
Contactez un service professionnel agréé d’élimination des déchets pour éliminer ce matériau.
Emballage contaminé :
Éliminer comme produit non utilisé
