Un superácido es un ácido con una acidez mayor que ácido sulfúrico 100%. Algunos superácidos disponibles en los comercios locales son el Ácido trifluorometansulfónico (CF3SO3H), también conocido como ácido trifílico, y el ácido fluorosulfúrico (FSO3H), siendo ambos más de mil veces más ácidos que el sulfúrico. Los superácidos más fuertes se preparan combinando dos componentes: un ácido de Lewis fuerte y un ácido de Brønsted fuerte.
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El término superácido inicialmente propuesto por James Bryant Conant en 1927 para describir ácidos más fuertes que los minerales. George A. Olah recibió el Nobel de Química en 1994 gracias a sus investigaciones en superácidos y su uso en la observación directa de carbocationes. El "ácido mágico" de Olah, llamado así por su facilidad para atacar hidrocarburos, se prepara mezclando pentafluoruro de antimonio (SbF5) con ácido fluorosulfúrico.
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El superácido más fuerte, el ácido fluoroantimónico, es una combinación de fluoruro de hidrógeno (HF) y SbF5. En este sistema, el HF se disocia, uniéndose el fluoruro al SbF5, formándose SbF6-, el cual es simultáneamente un nucleófilo muy débil y una base muy débil. El protón queda literalmente "desnudo", lo que le da al sistema una acidez extrema.
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Olah demostró que a 140ºC, el FSO3H-SbF5 convierte el metano en el carbocatión tert-butilo, una reacción que empieza con la protonación del metano. Debo mencionar que Olah descubrió el ácido mágico cuando en una mezcla de sus componentes dejó caer descuidadamente una velita de cumpleaños.
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CH4 + H+ → CH5+
CH5+ → CH3+ + H2
CH3+ + 3 CH4 → (CH3)3C+ + 3 H2
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El ácido fluoroantimónico.
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El ácido fluoroantimónico HSbF6 es una mezcla de fluoruro de hidrógeno y pentafluoruro de antimonio en diversas proporciones. La proporción 1:1 conduce al superácido más fuerte conocido, el cual se ha demostrado que protona incluso a los hidrocarburos para producir carbocationes e H2. La reacción de fluoruro de hidrógeno (HF) y SbF5 es exotérmica. El HF libera el catión (H+), y su base conjugada (F−) es secuestrada por una o más moléculas de SbF5 para producir SbF6− octaédrico. Este anión se clasifica como no coordinante, porque es tanto un nucleófilo débil y una base muy débil. El catión H+ permanece efectivamente "desnudo", lo que trae como consecuencia la extrema acidez del sistema. El ácido fluoroantimónico es 2×10^19 veces más fuerte que el ácido sulfúrico. Su pka es de -25. La reacción del fluoruro de hidrógeno y pentafluoruro de antimonio procede como sigue:
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2HF + SbF5 → H2F+ + SbF6-
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Comparación con otros ácidos.
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Los siguientes valores están basados en la función de acidez de Hammett. La acidez se indica con valores negativos de H0.
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Ácido fluoroantimónico (1990) (H0 = −31.3)
Ácido mágico (1974) (H0 = −19.2)
Superácido carborano (1969) (H0 = −18.0)
Ácido fluorosulfúrico (1944) (H0 = −15.1)
Ácido tríflico (1940) (H0 = −14.9)
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Aplicaciones
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Este ácido extraordinariamente fuerte protona casi todos los compuestos orgánicos. En 1967, Bickel y Hogeveen mostraron que la mezcla HF-SbF5 eliminará H2 del metilpropano y metano del neopentano:
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(CH3)3CH + H+ → (CH3)3C+ + H2
(CH3)4C + H+ → (CH3)3C+ + CH4
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Seguridad
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HF-SbF5 se descompone por acción del agua de forma rápida y explosiva. Reacciona con prácticamente todos los solventes conocidos. Algunos solventes que se ha probado que son compatibles con HF-SbF5 son el clorofluoruro de sulfurilo y el óxido de azufre (IV). También se han usado clorofluorocarbonos como solventes. Los contenedores para HF-SbF5 están hechos de PTFE (teflón).
