Tetrafluoruro di zolfo
Il tetrafluoruro di zolfo è il composto chimico dello zolfo tetravalente, di formula SF4. In condizioni standard è un gas incolore, tossico e corrosivo. A contatto con acqua o umidità rilascia fluoruro di idrogeno (HF), anch'esso molto pericoloso. Questo composto è un reagente utile per la sintesi di alcuni composti organici fluorurati, importanti nell'industria chimica e farmaceutica.[1]
Struttura della molecola SF4
Nel tetrafluoruro di zolfo lo zolfo è allo stato di ossidazione +4. L'atomo di zolfo, che ha sei elettroni di valenza, ha qui intorno a sé 10 elettroni per cui SF4 può dirsi una molecola ipervalente; due di questi formano una coppia solitaria su S. La molecola è del tipo AX4E e, usando i principi della teoria VSEPR, si può prevedere che la molecola sia a forma di altalena, forma derivante dalla bipiramide trigonale, con S al centro. La molecola ha simmetria C2v.[2] La coppia di elettroni non condivisa occupa una posizione equatoriale nella virtuale bipiramide trigonale, insieme a due dei quattro atomi di fluoro, gli altri due sono nelle posizioni assiali. Conseguentemente, si hanno due diverse distanze di legame: per gli F assiali si ha Template:Tutto attaccato = 164,3 pm e per quelli equatoriali Template:Tutto attaccato= 154,2 pm. Come succede in genere, i leganti in posizione assiale sono legati più debolmente e quindi con legami più lunghi.
La molecola ha una certa polarità, non molto pronunciata, μ = 0,63 D.[3] Lo spettro RMN del 19F del tetrafluoruro di zolfo presenta un solo segnale, indicando che le posizioni degli atomi di fluoro equatoriali e assiali si interconvertono rapidamente nella scala dei tempi della RMN stessa, con un meccanismo di pseudorotazione.[4]
Sintesi e reattività
Il modo più pratico per produrre tetrafluoruro di zolfo è facendo reagire dicloruro di zolfo (SCl2) e fluoruro di sodio (NaF) in un solvente aprotico come l'acetonitrile a 75 °C:[5]
La reazione è una disproporzione di SCl2, dove S è allo stato di ossidazione +2: in due di queste molecole S si riduce a +1 (S2Cl2) e nell'altra si ossida a (+4) (SF4).
Alternativamente, è possibile preparare il tetrafluoruro di zolfo a partire da Zolfo e Bromo in presenza di Fluoruro di potassio .[6]
Il tetrafluoruro di zolfo a temperatura ambiente è stabile ed è un gas incolore, tossico e corrosivo. Diventa instabile in presenza di umidità, e reagisce istantaneamente con acqua decomponendosi:[7]
È un agente fluorurante molto energico e selettivo. Ad esempio:[8]
Uso di SF4 nella sintesi di fluorocarburi
Il tetrafluoruro di zolfo è usato in chimica organica per convertire i gruppi C−OH e C=O in C−F e CF2.[9] Alcuni alcoli formano direttamente il corrispondente fluorocarburo. Aldeidi e chetoni danno difluoruri geminali. La presenza di protoni in alfa al carbonile induce reazioni secondarie e porta a rese minori (30-40%). Gli acidi carbossilici sono convertiti in trifluorometil derivati. Ad esempio, la reazione tra acido eptanoico e SF4 a 100-130 °C forma 1,1,1-trifluoroeptano. I prodotti secondari di queste fluorurazioni, che comprendono SF4 residuo, SOF2 e SO2, sono tossici ma si possono neutralizzare per trattamento con idrossido di potassio (KOH) acquoso. Recentemente si sta abbandonando l'uso di tetrafluoruro di zolfo in favore del trifluoruro di dietilamminozolfo, Et2NSF3, dove Et = CH3CH2.[10] Questo reagente ha il vantaggio di essere liquido e si prepara a partire dal tetrafluoruro di zolfo:[11]