氟銻磺酸

氟銻磺酸又稱魔酸，無色透明的粘稠液體，含雜質時為淡黃色、棕色甚至是黑綠色。有明顯的刺激性氣味，純淨的氟銻磺酸密度大致為3.61-3.82g/ml，無固定熔沸點。當質子酸路易斯酸混合時，其酸的強度增大。

在魔酸中幾乎所有的有機化合物都可以發生離子化。魔酸組成之一的SbF₅為無色黏稠狀液體，與濕氣接觸產生白煙，是一種非常強的路易斯酸，能與多種化合物形成加成產物。

基本介紹

• 中文名：氟銻磺酸
• 外文名：Magic Acid
• 腐蝕性：極強
• 中文別名：超強酸 超酸 魔酸 魔術酸
• CAS號：23854-38-8
• MDL號：MFCD09039262
• EINECS號：245-915-8
• pubchen號：24850361

發現過程

1966年聖誕節，美國Case Western Reserve大學，G.A.Olah教授實驗室一位研究人員J.Lukas無意中將聖誕節晚會上用過的蠟燭扔進一個酸性溶液（SbF₅·HSO₃F）中，結果發現蠟燭很快地溶解了，蠟燭是由一些性質很穩定的高級脂肪烷烴混合物組成的。能夠在室溫下將蠟燭溶解的物質必定具有某種未知的獨特因素。這促使他進一步研究，拿此實驗溶液去做核磁共振研究（13C-NMR）。令人驚奇的是核磁共振氫譜圖上竟出現了一個尖銳的叔丁基陽離子（碳正離子）峰。這種酸能溶解飽和烴。從那時起，Olah實驗室人員就給SbF₅·HSO₃F起個綽號叫“魔酸”（Magic acid）。E. M. Arnett J.和W.Larsen於1967年2月在Chem. Eng. News雜誌上發表的文章中也將FSO₃H和SbF₅的混合物稱為魔酸。人們習慣地將酸強度超過100% H₂SO₄的一個酸或酸性介質叫做超酸（或超強酸），把SbF₅·HSO₃F稱作魔酸。也就是後來所說的超強酸。超強酸不但能溶解蠟燭，而且能使烷烴、烯烴等發生一系列化學變化，這是普通酸難以做到的。例如，正丁烷在超強酸的作用下，可以發生 C—H鍵的斷裂，生成氫氣；發生C—C鍵的斷裂，生成甲烷；還可以發生異構化反應生成異丁烷。在奧萊教授和他的學生這一發現的啟示下，迄今為止，科學家們已經找到多種液態和固態的超強酸。液態的有 HF·SbF₅、TaF₅·HSO₃F 等。固態的有 SbF₆·SO₂ZrO、SbF₅·SiO₂·Al₂O₃ 等，它們都有類似於SbF₅·HSO₃F的性質。

編號系統

CAS號：23854-38-8

MDL號：MFCD09039262

EINECS號：245-915-8

PubChem號：24850361

物性數據

性狀：在室溫下為無色透明的黏稠狀液體。

熔點（ºC）：7

沸點（ºC,101.3kPa）：149.5

電導率（S/m,25ºC）：1.2×10^-8

化學性質

氟銻磺酸是超強酸之一，可以看作五氟化銻和氟硫酸的混合物，SbF₅與FSO₃^-離子結合成[SbF₅(OSO₂F)]^-離子，使電離出的氫離子幾乎不受粒子引力控制。[SbF₅(OSO₂F)]^-在溶液中完全電離，暴露在空氣中強烈吸水並有部分水解形成HSbO₃、HF、H₂SO₄和其他強酸及一些絡合物。故久置的魔酸中還有少量SbO₃^-、F^-、SO₄^2-、SbO⁺、SbO₂⁺離子。SbF₅(OSO₂F)]^-離子有和氟離子一樣的活性。當皮膚沾到氟銻磺酸時先會被脫水炭化，接著碳被離子化，[SbF₅(OSO₂F)]^-離子及少量SbO₃^-、F^-等離子進入血液，使鈣、鎂離子失活，導致人體中毒。

氟銻磺酸酸性極強，以至於高氯酸在其中都會被質子化：

HClO₄+ HSbF₅(OSO₂F)= [SbF₅(OSO₂F)]^-+ [H₂ClO₄]⁺

魔酸

在這種酸性環境下，一般情況下很多無法進行的有機化合反應可以順利進行。故氟銻磺酸常作為現代化工合成反應的催化劑。

超強酸能向鏈烷烴供給質子，使其質子化形成碳正離子。

超強酸對鏈狀鹵素和硫陽離子的研究提供了一個優良的溶劑介質。

氟銻磺酸還是一種良好的溶劑和腐蝕劑，可以將包括金、鉑在內的極不活潑金屬氧化溶解。氟銻磺酸通常儲存在聚四氟乙烯的容器內。在室溫下氟銻磺酸和玻璃作用劇烈，並能溶解烴類有機物，可以將有機含氧化合物脫水炭化，但和含鉛塑膠玻璃（一種狀似玻璃的透明有機含鉛有機材料，主要成分是全氟聚苯乙烯、聚四氟乙烯、和二氟化鉛,如圖所示）反應很慢，故一般用含鉛塑膠玻璃製成的細口瓶盛裝。

氟銻磺酸酸使某些很難質子化的物質（如高氯酸）質子化，進一步製備含有-ClO₃基團的有機物：

HClO₄ + H⁺= [H₂ClO₄]⁺

[H₂ClO₄]⁺+H⁺=[ClO₃]⁺+ [H₃O]⁺

C₆H₆+ [ClO₃]⁺= [C₆H₆ClO₃]⁺

[C₆H₆ClO₃]⁺ - H⁺ =C₆H₅ClO₃

氟銻磺酸酸使高級烷烴質子化，催化烷烴裂解：

（CH₃）₃CH + H → (CH₃）₃C + H₂；

（CH₃）₄C + H → (CH₃）₃C + CH₄

氟銻磺酸酸含有羥基的有機物（如醇、酚、羧酸等）質子化，進一步脫羥基化。

R-OH + 2H = R⁺（碳正離子） + [H₃O]⁺

強氧化劑：Sb(V）氟化物例如SbF₅具有一定的氧化性，加上它超強的酸性，大大增加了氧化能力，能夠氧化腐蝕多種金屬。要注意的是，氟銻磺酸是無水體系，當氟銻磺酸與大量水混合時發生強烈反應，失去超酸性。

貯存方法

密閉，-20℃冷凍環境保存，最好是真空環境。

計算化學數據

1.疏水參數計算參考值（XlogP）:無

2.氫鍵供體數量:1

3.氫鍵受體數量:9

4.可旋轉化學鍵數量:0

5.互變異構體數量:無

6.拓撲分子極性表面積62.8

7.重原子數量:11

8.表面電荷:0

9.複雜度:130

10.同位素原子數量:0

11.確定原子立構中心數量:0

12.不確定原子立構中心數量:0

13.確定化學鍵立構中心數量:0

14.不確定化學鍵立構中心數量:0

15.共價鍵單元數量:2

性質與穩定性

當質子酸與路易氏酸混合時，其酸的強度增大。典型的代表是氟硫酸與五氟化銻兩者以1:1的混合體系，被稱為魔酸。在室溫下為無色透明的黏稠狀液體，它是一種最強的酸。在魔酸中幾乎所有的有機化合物都可以發生離子化。魔酸組成之一的SbF₅為無色黏稠狀液體，與濕氣接觸產生白煙，是一種非常強的路易氏酸，能與多種化合物形成加成產物。

用途

用作無機溶劑。

安全信息

危險品標誌：有毒

安全標識：S26S27S45S36/S37/S39

危險標識：R14R34R23/24/25

關於魔酸

魔酸（HSbF₅（OSO₂F），五氟化銻合氟代磺酸，簡稱氟銻磺酸）是由兩種或兩種以上的含氟化合物組成的溶液。比如氟硫酸和五氟化銻按1：0.3（摩爾比）混合時，它的酸性是無水硫酸的1億倍；按1：1混合時，它的酸性是無水硫酸的10¹⁹倍。能溶解不溶於王水的高級烷烴蠟燭。

酸鹼中和反應的實質是質子的傳遞反應。超酸是指酸性比普通無機酸強10⁶～10¹⁰倍的酸。魔酸（HSO₃F－SbF₅）是已知除氟銻酸（HF-SbF₅）外最強的超酸，許多物質（如H₂SO₄）在魔酸中可獲得質子（即質子化）。

SbF₅和HF以0.2:1的摩爾比混合時酸度以達到100%硫酸的10⁹倍以上，隨著SbF₅的比例增加酸度還能增強。

魔酸，應當用聚四氟乙烯制的容器盛放，一般講超強酸是指比100%的硫酸酸性更強的酸。

套用價值

超強酸在化學和化學工業上，有套用價值，它既是無機及有機的質子化試劑，又是活性極高的催化劑。而由於超強酸的酸性和腐蝕性強得出奇，所以過去一些極難或根本無法實現的化學反應，在超強酸的條件下便能順利進行。比如正丁烷，在超強酸的作用下，可以發生碳氫鍵的斷裂，生成氫氣，也可以發生碳碳鍵的斷裂，生成甲烷，還可以發生異構化生成異丁烷，這些都是普通酸做不到的。

可以預料，隨著這些具有超常酸性和腐蝕性超強酸的相繼問世，化學和化學工業將會迅速走進新時代。

比較

以下的資料是以哈米特酸度函式作為依據（哈米特酸度函式 (H0) 是一種用於衡量高濃度酸酸性的指標，包括超強酸。它是由物理有機化學家路易斯·普拉克·哈米特（Louis Plack Hammett）建議使用的 ，這也是最著名的酸度函式 ，它對於超出pH值範圍的情況是很有用的。H0每減小一個單位，即表示酸性增強10倍。），哈米特酸度函式以大負數H0值表示：

氟銻酸（1:1）（1990）（H0=−28）

魔酸（五氟化銻合氟磺酸（1:1），簡稱氟銻磺酸）（1974）H0=-26.5）

碳硼烷酸（1969）（H0=−18.0)

氟磺酸（1944）（H0=−15.1）

三氟甲磺酸（1940）（H0=−14.6）

濃高氯酸（H0= -13.0)

魔酸（五氟化銻合氟代磺酸，簡稱氟銻磺酸）的酸性是除氟銻酸外最強的，值得注意的是魔酸是混合物，由HSO3F與SbF5的混合配置而成的，另外含氧酸的確切定義是由O、H與一中心原子組成的可自主電離出質子的物質，其酸性最強的配置比為HSO₃F：SbF₅=2：98（摩爾比）這才是真正人們所說的魔酸。如果你學了配位化學就會明白魔酸酸性強的原因了。

其酸性強的機理：首先HSO₃F（氟磺酸，或單氟硫酸）的酸性本身比HClO₄強，不過在水溶液中由於拉平效應它們的水溶液酸性強度是一樣的（就像濃度一樣的硝酸溶液和鹽酸溶液酸性一樣，我們一般認為HNO₃與HCl的酸性是不可區分的，但事實上不是），在HSO₃F電離出H⁺後由於O、F強拉電子作用（誘導效應）使負電荷電荷較均勻的分布於整個離子，減弱了質子對陰離子團的庫侖力使質子能更好的電離出去。

然後是SbF₅的作用，（SO₃F）^-中由於存在S→O的配位鍵，使O上帶較明顯的負電，SbF₅中由於F對Sb的誘導效應，使Sb帶較強的正電性，且Sb上存在一個5p空軌道（為強Lewis酸）正好可以與（SO₃F）^-中的O上的孤電子對形成較強的配位鍵。就是說存在S→O→Sb，這樣負電荷就擴散到了更大區域，並且受到了SbF₅基團對負電荷的很好禁止，最多（SO₃F）^-可以與3個SbF₅配合。但是配合度越低越穩定，這是因為SbF₅基團太大互相牴觸，使得（SO₃F）^-不能更好與太多的SbF₅很好配合，因此可以解釋魔酸中SbF₅的量相當大，這樣H⁺對該配合物基本不存在庫侖力了，所以使得H⁺變得相當自由，甚至可以“趴在”電子云密度相對較大的C-H鍵上形成二電子三中心鍵很不穩定易分解生成碳正離子與H₂。