Sulfonate

Définition

Le sulfonate est un anion de structure moléculaire générale R-S(=O)₂-O^- qui est un sel ou un ester d'un acide sulfonique avec un groupe organique (R). Généralement, ces anions sont non oxydants, stables dans l'eau et incolores en solution aqueuse.

La molécule de sulfonate :

Le sulfonate est la base conjuguée de l'acide sulfonique. Ainsi, le sulfonate est une base faible car l'acide sulfonique est un acide fort. Chimiquement, les sulfonates sont constitués de trois parties - une longue queue d'hydrocarbure qui est responsable de leur solubilité dans l'huile lubrifiante; une tête acide sulfonique polaire, qui sert de groupement de liaison à la troisième partie, la base carbonate de calcium qui est séquestrée au centre de la molécule.

Explications

L'état d'oxydation de l'atome de soufre dans l'anion sulfonate est de +5 et la charge globale est de -1. Semblable à l'anion sulfate, cet anion a également deux liaisons S=O mais a une liaison R-S et une liaison S-O comme liaisons simples (l'anion sulfate a deux liaisons simples S-O).

Trois esters sulfonates sont couramment utilisés en chimie organique : l'ester p-toluènesulfonate (ou tosylate), l'ester méthanesulfonate (ou mésylate) et l'ester trifluorométhanesulfonate (ou triflate).

La formation d'ester sulfonate augmente lorsqu'un acide sulfonique réagit avec un excès d'alcool, mais à mesure que l'accumulation intervient, l'alcoolyse devient compétitive, réduisant la vitesse nette de formation, aboutissant finalement à une concentration à l'état stable de l'ester sulfonate.

Les esters sulfonate sont utilisés pour améliorer la solubilité dans l'eau des réticulants protéiques tels que le N-hydroxysulfosuccinimide.

Solubilisation du sulfonate d'ester méthylique

Le sulfonate d'ester méthylique de sodium (MES-Na) a une capacité de solubilisation supérieure, ce qui est essentiel pour caractériser les tensioactifs. Le MES-Na s'est avéré hautement capable de solubiliser l'acide oléique, qui est généralement présent en abondance dans le sol naturel.

La capacité de solubilisation de LAS-Na, AS-Na et C14–16MES-Na a été évaluée en utilisant de l'acide oléique comme solubilisé d'huile polaire et du n-octane non polaire. La solubilisation du MES-Na donne les résultats suivants. Premièrement, C14–16MES-Na avait une plus grande capacité de solubilisation que LAS-Na. Deuxièmement, la capacité dépendait du nombre de micelles et du degré de solubilisation par micelle. Troisièmement, le poids micellaire a d'abord diminué pour une petite quantité de solubilisé, puis a augmenté avec l'augmentation de la quantité de solubilisé. Quatrièmement, le processus de solubilisation s'est accompagné de la reconstitution de micelles.

Sulfonates de polynaphtalène

Les sulfonates de polynaphtalène (PNS) sont des condensats d'acide naphtalène sulfonique et de formaldéhyde. La capacité de dispersion des PNS est supérieure à celle des lignosulfonates (de la lignine) et, par conséquent, une réduction d'eau plus élevée est possible. Les PNS peuvent être appelés "réducteurs d'eau haut de gamme" ou superplastifiants. Introduits pour la première fois sur le marché des adjuvants dans les années 1960, ils sont largement utilisés de nos jours.

Les polycondensats sont produits en deux étapes. Le naphtalène est d'abord sulfoné avec de l'acide sulfurique pour donner de l'acide P-naphtalène sulfonique. Dans la réaction de condensation suivante avec du formaldéhyde en milieu aqueux, le polymère anionique linéaire se forme. Le poids moléculaire de ces polymères dépend du temps de réaction et peut ainsi être régulé.

Les PNS sont principalement des polymères anioniques linéaires qui sont disponibles dans le commerce sous forme de sels de sodium ou de calcium. Ils sont vendus sous forme de solutions aqueuses avec 20 à 45 % de solides ou sous forme de poudre brune. Les sels de sodium peuvent encore contenir des quantités remarquables de sulfate de sodium résiduel provenant de la production, alors que la quantité de sulfate dans les sels de calcium est généralement inférieure en raison de la faible solubilité du gypse qui précipite et peut être éliminé de la solution.

Les dispersants PNS ont des poids moléculaires relativement faibles. Leur capacité de dispersion commence avec environ cinq unités répétitives avec un pouvoir dispersant maximal à des poids moléculaires plus élevés entre 1 000 et 20 000. Le poids moléculaire optimal des dispersants PNS dépend cependant du type de ciment. Les PNS de haut poids moléculaire sont plus efficaces pour fluidifier les pâtes à base de ciments à forte teneur en alcalins. Cependant, le poids moléculaire a peu d'effet dans la fluidisation des pâtes fabriquées à partir d'un ciment faiblement alcalin. Les différences de poids moléculaire du PNS ne semblent pas affecter de manière significative l'hydratation du ciment.

Dérivatisation de sulfonate et formation de sulfonamide

La dérivatisation de sulfonate des amines pour former des sulfamides est utilisée depuis longtemps avec la chromatographie liquide (LC). Il fournit un moyen pratique de cibler les liaisons qui contiennent le R₁-NH-R₂ comme on le trouve dans les amines secondaires, les acides aminés et les sucres aminés.

Par exemple, les amines biogènes (histamine, putrescine, cadavérine, tryptamine, phényléthylamine, tyramine et sérotonine) se trouvent couramment dans les vins rouges et ont été examinées à l'aide de méthodes de dérivation d'amine précolonne, suivies d'une séparation des dérivés et d'une césure en ligne de chromatographie en phase liquide à haute performance (HPLC) pour spectrométrie de masse à ionisation chimique à pression atmosphérique (APCI-MS).

La dérivatisation a été obtenue en utilisant du 1,2-naphtoquinone-4-sulfonate dans une solution tamponnée à pH 9,2. Dans des conditions optimisées (65 °C pendant 5 min), la dérivatisation a donné des taux de récupération nets et élevés (94–106 %). Par la suite, la séparation a été réalisée à l'aide d'une colonne C18 en mode gradient d'élution (augmentation de la composition en méthanol). L'ajout de l'étiquette naphtoquinone sur les dérivés a donné des modèles de fragmentation améliorés pour identifier plus facilement les structures sulfamides et a permis une bonne forme de pic et une précision dans leur détection à partir de vins rouges.

Les progrès dans ce domaine ont inclus l'ajout de groupes sulfoniques aux surfaces inertes pour effectuer la dérivatisation. L'oxyde de graphène (GO, oxyde de graphène) obtenu à partir de l'oxydation chimique du graphite en flocons a été dérivé avec des groupes sulfoniques (-SO₃) pour former des structures GO à fonction sulfonique (GO-SO₃^-) qui ont été utilisées pour préparer des capteurs électrochimiques pour la détection des amines organiques. Les électrodes se sont avérées stables et ont une sensibilité élevée avec une limite de détection de 1 nM.

Étant donné que ces réactifs de dérivatisation sont tolérants aux conditions aqueuses, la recherche biologique et médicale a utilisé cette technique. Par exemple, dans une recherche d'outils de fluorescence améliorés pour étudier la formation d'amyloïde, un processus lié à la maladie de Parkinson, des dérivés de N–arylaminonaphtalène sulfonate (NAS) ont été utilisés comme sondes non covalentes de fibrillation de l'α-synucléine (AS). Les dérivés de NAS se sont révélés être des sondes sensibles et polyvalentes pour l'agrégation de l'AS, et pratiques pour la surveillance dans les méthodes de dosage en continu, fournissant ainsi des outils utiles pour étudier les mécanismes de formation d'amyloïde.

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