Существуют разные методы введения группы –SO3H в молекулу органического соединения. Процесс прямого замещения атома водорода сульфогруппой, который наиболее широко применяется в промышленности, называют сульфированием. В зависимости от того, у какого элемента замещается атом водорода на сульфогруппу, различают С-, N- и О-сульфирование. О-Сульфирование называют также сульфатированием.
Субстратом (исходным веществом) при сульфировании служат, главным образом, ароматические и гетероароматические соединения и их производные. Реже используются вещества алифатического и алициклического ряда. Среди них наибольшее значение в синтезе сульфо-БАВ имеют полисахариды и стероиды. В ряде случаев сульфируются сами лекарственные вещества.
Основными сульфирующими агентами являются:
Безводная серная кислота — плавится при 10,4 °С, при комнатной температуре представляет собой тяжелую маслянистую жидкость, т.к. ее молекулы за счет водородных связей образуют полимер, который при повышении температуры разрушается:
Кипит она при температуре около 300 °С, перегоняется с разложением, образуя азеотропную смесь состава 98,3 % H2SO4 и 1,7 % Н2О (t кип = 338,8 °С). Жидкая 100 %-ая серная кислота является ионизирующим растворителем, однако, ее собственная ионизация незначительная:
Серная кислота смешивается с Н2О и SO3 в любых соотношениях. В водных растворах она полностью диссоциирует на ионы:
Для промышленного сульфирования чаще всего используют купоросное масло (92—98 %-ную H2SO4) и 98—100 %-ную серную кислоту. Концентрированная H2SO4 является довольно сильным окислителем, особенно при нагревании.
Олеум — образуется при растворении серного ангидрида в концентрированной серной кислоте и представляет собой раствор SO3 в смеси кислот: серной (H2SO4), двусерной (H2S2O7), трисерной (H2S3O10) и других полисерных кислот:
При концентрации сульфотриоксида 20—25 % и 60—65 % олеум представляет собой густую маслянистую, дымящуюся на воздухе жидкость. Олеум с другими концентрациями SO3 при комнатной температуре является твердым веществом, и его готовят из стандартного раствора непосредственно в реакторе.
Серный ангидрид — это общее название нескольких модификаций триоксида серы. Молекула SO3 существует в виде мономера, тримера и полимера (существуют и другие формы, например, димер):
В газовой фазе и в разбавленных неводных растворах оксид серы (VI) находится в мономерной форме. При конденсации паров SO3 образуется летучая бесцветная жидкость (t кип = 44,8 °С), состоящая преимущественно из циклических тримерных молекул (SO3)3. При охлаждении до 16,8 °С она затвердевает с образованием прозрачных кристаллов. Эта форма SO3 неустойчива и при хранении превращается в устойчивые, похожие на асбест, нити. Полимеризацию SO3 предотвращают введением Р2О5 и других ингибиторов.
Для сульфирования серный ангидрид получают: а) обжигом пирита и последующим каталитическим окислением SO2 в SO3 непосредственно на предприятии, где он используется; б) на специализированных заводах с последующей доставкой на предприятие в баллонах под давлением в жидком стабилизированном виде; в) десорбцией из высокопроцентного олеума при нагревании. Остающаяся после десорбции серного ангидрида 100 %-ная серная кислота может быть использована в других производствах. Первый метод применяют на производствах большой мощности, например, заводах по синтезу поверхностно-активных веществ сульфированием (сульфатированием) первичных спиртов, олефинов, алкилбензолов и т. п. Остальные — на предприятиях с малой мощностью, например, на химико-фармацевтических заводах.
Область применения концентрированной серной кислоты ограничивается незамещенными и активированными аренами. Малоактивные субстраты сульфируются олеумом различной концентрации или сульфотриоксидом.
Сульфогруппа вводится в субстрат как с целью придания ему новых свойств (снижения токсичности лекарственного препарата, придания ему несколько иной биологической активности, повышения его растворимости в воде, что создает предпосылки для получения инъекционных лекарственных форм), так и с целью дальнейшей замены сульфогруппы на гидроксил, аминогруппу и т. п.
Целевым продуктом сульфирования аренов являются сульфоновые кислоты, которые называют, добавляя к названию основы окончание «сульфокислота» («сульфоновая кислота»), например, бензолсульфокислота, 2-нафталинсульфокислота.
При N- и O- сульфировании образуются амиды и эфиры серной кислоты.
Сульфокислоты, как правило, являются твердыми гигроскопичными кристаллическими веществами, хорошо растворимыми в воде. Это сильные кислоты, по константе диссоциации близкие к минеральным. В разбавленных водных растворах они диссоциируют практически нацело.
Число синтетических сульфокислот очень велико, и они широко используются в практике.
Из природных сульфокислот следует, прежде всего, отметить аминосульфокислоты: таурини цистеиновую кислоту, которые играют большую роль в процессе всасывания жиров в организме млекопитающих, а также сульфатированные фито- и зоополисахариды
Гепарин— (сульфатированный зоогетерополисахарид, состоящий из глюкуроновой кислоты и глюкозамина) выпускается в качестве лекарственного препарата для регулирования свертываемости крови и лечения ряда других заболеваний.
