磺化反应制备芳香磺酸

向有机化合物分子中引入磺酸基团的反应称为磺化或者硫酸盐化反应。磺化是指硫原子与碳原子相连的反应，得到的是磺酸化合物。磺化是放热反应，低温磺化时需要冷却，而高温磺化则需要加热保温。 脂肪族化合物通常用间接的方法磺化。 芳香族化合物主要用直接磺化（亲电取代反应）。

芳烃的磺化通常采用浓硫酸或含有5%-20%三氧化硫的发烟硫酸。磺化反应是一可逆反应，欲得良好产率的磺酸，必须使用过量的磺化剂或者不断移去生成的水。 对于较难磺化的芳烃可采用三氟化硼，锰盐，汞盐，矾盐做催化剂。苯在室温下可用浓硫酸磺化生成苯磺酸；而在70-90℃磺化则生成间苯二磺酸，产率为90% 【Fierz-David H. E., Helv. Chim. Acta 1942, 25,3681】；间苯二磺酸钠在汞盐的催化下，与15%的发烟硫酸于275℃反应，则以73%产率生成1，3，5-苯三磺酸【Suter C. M. Harringtong G. A. J. Am. Chem. Soc., 1937,59, 2577】。由于磺化反应是一可逆反应，磺酸基位置随反应温度不同而改变【Gilbert E. E.,Sulfonation and Related Reactions, New  York, 1965】。

反应机理

三氧化硫作为亲电试剂，对芳环进行亲电取代反应。

反应实例

甲苯的磺化反应位置与温度有关。

萘的磺化也有类似情况。低温，小于80℃磺化，主要生成α-萘磺酸，这时由动力学控制，一旦达到160℃的反应温度，主要产生β-萘磺酸。这时由热力学控制。【 Euwes D. C. ibid. 1909, 28, 298】

磺化反应的可逆性的一个重要应用是将磺酸基先临时占据芳环某特定位置，然后再进行其他的反应，待反应完成后，再在稀硫酸中加热，以移去磺酸基。例如β-溴代萘的合成【 Wolf W. C., Doukas H. M. J. Chem. Edu. 1951,28, 472】。

芳香族化合物磺化时，芳环上存在的羟基，烷氧基，羧基，卤素等取代基均无影响。芳胺与硫酸反应，首先生成胺盐，继而受热重排成对胺基苯磺酸【 Schultz M. N., Lucas H. J. J. Am. Chem. Soc., 1927,49, 299】。

参考文献

一、百度百科：磺化

二、药明宝典