三氟甲磺酸
[CAS# 1493-13-6]

基本信息

• 产品分类: 化学试剂 >> 有机试剂 >> 脂肪酸
• 产品名称: 三氟甲磺酸
• 英文名: Trifluoromethanesulfonic acid
• 别名: Triflic acid
• 分子式: CHF₃O₃S
• 分子量: 150.07
• CAS 登录号: 1493-13-6
• EC 号码: 216-087-5
• 分子行输入简码SMILES: C(F)(F)(F)S(=O)(=O)O

物理化学性质

• 密度: 1.9±0.1 g/cm³ 计算值^*, 1.706 g/mL (实验值)
• 熔点: -40 °C (实验值)
• 沸点: 162.0 °C 760 mmHg (计算值)^*, 162 °C (实验值)
• 溶解度: 水: 溶解 (实验值)
• 折射率: 1.354 (计算值)^*, 1.327 (实验值)

^* 使用计算机软件 Advanced Chemistry Development (ACD/Labs) Software.

安全数据

• 危险品标志: GHS05;GHS07 危险
• 危害标签: H290-H302-H314-H335
• 防护标签: P234-P260-P261-P264-P270-P271-P280-P301+P317-P301+P330+P331-P302+P361+P354-P304+P340-P305+P354+P338-P316-P319-P321-P330-P363-P390-P403+P233-P405-P406-P501

危害分类

危害	分类	类别码	危害标签
急性毒性	Acute Tox.	4	H302
特定目标器官毒性—单次接触	STOT SE	3	H335
皮肤腐蚀	Skin Corr.	1B	H314
对金属有腐蚀作用的物质或混合物	Met. Corr.	1	H290
皮肤腐蚀	Skin Corr.	1C	H314
严重眼损伤	Eye Dam.	1	H318
皮肤腐蚀	Skin Corr.	1A	H314
急性毒性	Acute Tox.	4	H312
特定目标器官毒性—单次接触	STOT SE	3	H371
急性毒性	Acute Tox.	4	H332
对水生环境长期有害	Aquatic Chronic	4	H413

• 危险品运输编号: UN 3265

发现和应用

三氟甲磺酸（CF₃SO₃H），俗称三氟甲磺酸，是已知最强的简单酸之一，也是现代合成化学和工业化学中的关键试剂。它最早由罗伯特^.哈泽尔丁及其同事于20世纪50年代末在研究氟代碳与三氧化硫反应生成的氟代磺酸化合物时发现。自问世以来，三氟甲磺酸凭借其卓越的酸性、稳定性和多功能性，已成为实验室和大规模化学转化中不可或缺的试剂。

三氟甲磺酸的分子结构特征在于一个强吸电子的三氟甲基基团与磺酸基团相连。氟原子的高电负性使得电荷通过硫氧键离域，从而极大地稳定了共轭碱——三氟甲磺酸根阴离子（CF₃SO₃^-）。这种稳定性是其超强酸性的关键，其酸性超越浓硫酸，可与氟磺酸和五氟化锑混合物等其他超强酸相媲美。纯三氟甲磺酸是一种无色、易吸湿的液体，在潮湿空气中会挥发，并易溶于极性溶剂，包括水、乙腈和二氧化硫。

三氟甲磺酸的发现标志着酸化学领域的重大进步，并由此开发出多种基于三氟甲磺酸酯的试剂和催化剂。其强酸性和非氧化性使其成为催化亲电取代反应的理想催化剂，包括有机合成中的烷基化、酰化和重排反应。与其他强矿物酸相比，三氟甲磺酸具有极佳的稳定性，能够抵抗氧化和还原反应，这使得它能够在其他酸会分解或干扰敏感底物的条件下使用。三氟甲磺酸还能形成稳定的盐和酯，这些盐和酯广泛用作亲核取代反应中的离去基团以及离子液体的组成成分。

在工业和实验室环境中，三氟甲磺酸可用作烃类异构化和烷基化、酯化、聚合以及精细化学品和药物合成等反应的催化剂。它尤其适用于在温和条件下生成碳正离子，从而实现原本需要更苛刻试剂才能完成的转化。由于其弱配位性和化学惰性，共轭碱三氟甲磺酸根离子已成为有机金属化学和配位化学中广泛使用的抗衡离子。由三氟甲磺酸衍生的金属三氟甲磺酸盐，例如三氟甲磺酸钪和三氟甲磺酸镱，是多种立体选择性和环境友好型反应中重要的路易斯酸催化剂。

三氟甲磺酸在电化学领域也有广泛的应用，尤其是在导电材料的制备以及作为高性能电池和电容器的添加剂方面。三氟甲磺酸能够质子化芳香族化合物，并在无水条件下稳定碳正离子中间体，使其成为先进合成方法中不可或缺的试剂。此外，由于其化学稳定性，三氟甲磺酸可回收利用，并可在催化体系中重复使用。

尽管三氟甲磺酸用途广泛，但由于其极强的腐蚀性和与水的反应性，处理时必须格外小心。接触有机物或水分会产生热量和有毒气体。因此，在实验室操作中，使用合适的防护设备并在干燥、惰性的条件下进行操作至关重要。其反应活性和强大的质子供体能力使其成为酸催化和材料化学领域的研究热点。

参考文献：

Haszeldine RN & Kidd J M (1954) Perfluoroalkyl derivatives of sulphur. Part I. Trifluoromethanesulphonic acid. Journal of the Chemical Society 1954 4228-4231. DOI: 10.1039/JR9540004228

Olah GA, Prakash GK & Sommer J (1979) Superacids. Science 206(4414) 13-20. DOI: 10.1126/science.206.4414.13

Tachrim ZP, Wang L, Murai Y, Yoshida T, Kurokawa N, Ohashi F & Hashimoto M (2017) Trifluoromethanesulfonic acid as acylation catalyst: special feature for C- and/or O-acylation reactions. Catalysts 7(2) 40. DOI: 10.3390/catal7020040