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4.4 芳磺酸 4.4.1 命名 硫酸（ HOS020H ）分子中去掉一个 -OH 以后的基团（ -S03 H ）称为磺酸基，简称磺基。磺酸基与烃基相连的化合物，统称磺酸。它也可以看成是烃分子中的氢原子被磺酸基取代的化合物。其中最重要的是苯磺酸：. 芳磺酸的命名是以磺酸（ sulfonic acid ）为母体，命名时把 “ 磺酸 ” 二字放在芳烃名称之后。英文名称的构成是烃加磺酸（ sulfonic acid ）例如：. 4.4.2 芳磺酸的制法 (1) 直接磺化法.
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4.4 芳磺酸 • 4.4.1 命名 • 硫酸（HOS020H）分子中去掉一个-OH以后的基团（-S03 H）称为磺酸基，简称磺基。磺酸基与烃基相连的化合物，统称磺酸。它也可以看成是烃分子中的氢原子被磺酸基取代的化合物。其中最重要的是苯磺酸：
芳磺酸的命名是以磺酸（sulfonic acid）为母体，命名时把“磺酸”二字放在芳烃名称之后。英文名称的构成是烃加磺酸（sulfonic acid）例如：
4.4.2 芳磺酸的制法 • (1)直接磺化法 用S03磺化与用硫酸或发烟硫酸磺化相比，可以大大减少废酸的生成，降低污水排放量，更有利于环境保护。
(2)间接磺化:利用活泼卤原子等与亚硫酸盐反应，可得到芳磺酸(2)间接磺化:利用活泼卤原子等与亚硫酸盐反应，可得到芳磺酸
4.4.3 物理性质 • 芳磺酸通常为无色晶体，不易挥发，易溶于水，而不溶或微溶于非极性的有机溶剂。同一芳磺酸因其所含结晶水分子数不同，其熔点也不相同。芳磺酸有很强的吸水性，常含有结晶水，故较难得到无水的纯品。例如用浓硫酸进行干燥得到的苯磺酸（PhS03H .H20），熔点为43 ～44℃。芳磺酸的钠盐、钾盐溶于水，而且芳磺酸的钙、钡和铅盐也溶于水（或温水）。因此在有机化合物分子中引人磺基，可显著地改进有机物的水溶性，这在染料及表面活性剂等工业中有一定的实用意义。IR在～1590cm-1和1360cm-1有强吸收。
4.4.4 化学性质 • （1）酸性:芳磺酸有较强的酸性，有机催化反应中，可用之代替硫酸，以减少氧化性。 • （2）磺酸基中羟基的反应:磺酸盐与三卤化磷或三卤氧磷反应，生成苯磺酰卤，芳磺酰氯也常用芳烃与过量的氯磺酸反应制得。
（3）磺酸基的反应 • 水解: 在酸催化下，磺基或其钠盐与水共热，可脱去磺基，转变成相应的芳香族化合物。反应的实质是H＋作为亲电试剂，进攻连接磺基的芳环碳原子，而发生的亲电取代。故水解反应是磺化的逆反应。水解反应的条件随化合物不同而异。一般用稀盐酸或稀硫酸在加压下于150～200℃进行。例如：
脱磺基的反应在有机合成中具有一定的实用性。可利用磺基暂时占据芳环上的某一位置，待反应完成后，再经水解除去磺基。这种“占位”合成法，对于制备难以分离提纯的某些异构体是很有用的。例如氯代甲苯的三种异构体是很难分离提纯的，但通过下列反应却可得到较纯的邻氯甲苯。
碱熔与其它亲核取代反应: 芳磺酸盐（钠盐、钾盐等）与氢氧化钠或氢氧化钾熔融，则发生亲核取代反应，生成相应的酚盐。这是工业上制备酚类化合物的方法之一〔见4.5〕。但反应物分子中不宜含有硝基和卤原子，因为硝基化合物易与碱反应，卤原子可被羟基取代。其它的亲核试剂如CN - , NH3, RNH2也可与芳磺酸盐发生亲核取代反应。例如：
（4）芳环上的亲电取代反应:芳磺酸的芳环上也能进行亲电取代反应。但由于S03H基是强的致钝基，故使芳环上的亲电取代反应活性显著降低。因此，与强的亲电试剂反应，如卤化、硝化、磺化等所用试剂，也需在较强烈的条件下进行；而不易发生反应酰基化、烷基化反应。（4）芳环上的亲电取代反应:芳磺酸的芳环上也能进行亲电取代反应。但由于S03H基是强的致钝基，故使芳环上的亲电取代反应活性显著降低。因此，与强的亲电试剂反应，如卤化、硝化、磺化等所用试剂，也需在较强烈的条件下进行；而不易发生反应酰基化、烷基化反应。
4.4.5芳磺酰氯和芳磺酰胺 • (1)芳磺酰氯:芳磺酰氯中的氯原子不如酰氯中的氯原子活泼，与水只发生微弱的水解，但在碱存在下，仍可与H2O, ROH, NH3等顺利地进行水解、醇解和氨解反应，相应生成芳磺酸、磺酸酯和磺酰胺。例如：
芳磺酰氯亦可被还原。还原产物随反应条件不同而异。例如，用NaHSO3还原，产物为芳亚磺酸,继续用Zn/H2SO4还原，产物为芳硫酚。这些是染料、医药、功能材料的重要原料。 如下面的化合物是活性染料的重要中间体：
苯磺酰氯在某些有机化合物的合成、胺的鉴别、分离以及反应机理的研究中具有一定的重要性。例如醇羟基在中性或碱性条件下不易离去，难以被亲核试剂取代，而在酸性条件下，则往往伴随有重排和消除产物。然而，若把醇转变成相应的磺酸酯，则构成一个活泼的离去基团，当其再与亲核试剂作用时，反应可顺利地进行，且分子中含有的碳碳双键也不受影响。例如： 苯磺酰氯在某些有机化合物的合成、胺的鉴别、分离以及反应机理的研究中具有一定的重要性。例如醇羟基在中性或碱性条件下不易离去，难以被亲核试剂取代，而在酸性条件下，则往往伴随有重排和消除产物。然而，若把醇转变成相应的磺酸酯，则构成一个活泼的离去基团，当其再与亲核试剂作用时，反应可顺利地进行，且分子中含有的碳碳双键也不受影响。例如：
糖精是白色结晶固体，比蔗糖甜550倍，但无营养价值,可作调味剂或供糖尿病患者食用。因其难溶于水，故通常制成钠盐（称为糖精钠）使用。它可由甲苯为原料，经下列反应制得： 糖精是白色结晶固体，比蔗糖甜550倍，但无营养价值,可作调味剂或供糖尿病患者食用。因其难溶于水，故通常制成钠盐（称为糖精钠）使用。它可由甲苯为原料，经下列反应制得：
磺胺药物是对氨基苯磺酰胺类化合物，有抗菌消炎作用，许多磺胺药物是其磺酰氨基上的氢原子被更复杂的有机基团取代的产物。例如SMZ，又称新诺明，其构造式如下：
磺胺药的抑菌作用是由于磺胺药中能分解出对氨基苯磺酰氨，细菌在生长过程中需要一种维生素叶酸，对氨基苯磺酰胺的分子大小和形状与组成叶酸中的对氨基苯甲酰氨单元相近，化学性质也类似。由于细菌对二者缺乏选择性，大量的对氨基苯磺酰胺替代了对氨基苯甲酰氨而被细菌吸收。这样，由于缺乏叶酸，导致细菌死亡。
叶酸广泛存在于自然界，因在绿叶中含量丰富而得名，又称维生素B11，对正常红细胞的形成有促进作用，缺乏时可引起血液等疾病。 4.4.6 烷基苯磺酸钠和表面活性剂 最重要的烷基苯磺酸钠是十二烷基苯 磺酸钠，它是市售合成洗涤剂的主要成分。可由氯代十二烷与苯进行烷基化后再经磺化、中和而得。
十二烷基苯磺酸钠与肥皂（RCOONa, R =C8~C17烃基）相似，均由两部分组成：亲油性（疏水性）的长链烃基（如C12 H25）和亲水性（疏油性）的极性基团（如S03Na, COONa)。当用它们洗涤油污时，亲油基团吸附污物，亲水基团溶于水。同时由于它们的存在，水的表面张力（界面张力）显著降低，增加了油和水的相溶性，使亲油基团和污物随同亲水基团一起形成微小粒子分散于水中，从而达到去污目的。但十二烷基苯磺酸钠与肥皂不同，在硬水中，肥皂与水中的钙、镁等离子作用，生成不溶于水的盐，而失去发泡能力，影响去污效果；但磺酸的钙盐和镁盐均溶于水，故这种洗涤剂在软水和硬水中都有良好的去污能力。
表面活性剂像烷基苯磺酸钠和肥皂那样，凡是在很低的浓度下即能大大地降低溶剂（一般为水）的表面张力（或液一液界面张力），改变体系界面状态的物质，统称为表面活性剂。 表面活性剂像烷基苯磺酸钠和肥皂那样，凡是在很低的浓度下即能大大地降低溶剂（一般为水）的表面张力（或液一液界面张力），改变体系界面状态的物质，统称为表面活性剂。 • 如拉开粉广泛用于纺织、印染、造纸、和制革工业。
4.4.7离子交换树脂 • 离子交换树脂是由交联结构的高分子骨架与能解离的基团形成的不溶性高分子电解质。目前工业上和实验室中应用最广的离子交换树脂，其高分子骨架是由苯乙烯和二乙烯苯共聚而成，二乙烯苯的用量约为总量的10%，它的作用是使苯乙烯交联成体型结构。 • 根据离子交换树脂中能解离基团的不同，离子交换树脂可分为多种，其中最常用的是阳离子交换树脂（能够交换的离子是阳离子）和阴离子交换树脂（能够交换的离子是阴离子）。
（1）阳离子交换树脂 这类树脂的解离基团是磺酸基，它能够交换阳离子，例如： R—SO3H + Ca2+ → R—SO3Ca/2 + H+
上述逆过程即离子交换树脂的再生过程，磺酸型离子交换树脂的再生可用5%~10％盐酸。用这种磺酸型离子交换树脂代替硫酸或芳磺酸作催化剂，既可避免后者所产生的废酸对环境的污染，又便于催化剂与产物的分离，已在工业上得到应用。 • （2）阴离子交换树脂:这类树脂分子中具有碱性基团，R4N+ OH- ,-NH2,-NHR和-NR2（胺型）等。例如，聚苯乙烯季铵型阴离子交换树脂的合成路线如下：
最后用氢氧化钠处理，即得强碱性阴离子交换树脂。碱性离子交换树脂可用4％一10% NaOH溶液再生。强碱性的阴离子交换树脂在有机合成中可代替NaOH或KOH，作为反应的催化剂。 • 离子交换树脂用途甚广，除了可用作有机反应的催化剂外，主要用于无离子水的制备，硬水的软化，有色金属和稀有金属的回收、提纯和浓缩，抗菌素和氨基酸的提取和精制，含酚废水及其它污水的处理等。
