超强酸

酸性比纯硫酸更强的酸

超强酸又称超酸，是指酸性比纯硫酸更强的酸。超酸作为一个良好的催化剂，使一些本来难以进行的反应能在较温和的条件下进行，故在有机合成中得到广泛应用。

简介

超强酸又称为超酸，英文名称为super acid。它比一般的强酸如硫酸、盐酸的酸性强几个数量级。物质的量为1:0.3的氢氟酸和五氟化锑混合时的酸性强度要比无水硫酸（100%）的强度强约大1亿倍。

而HF～SbF5的物质的量比1:1（氟锑酸）时其酸性估计可达无水硫酸的1019倍，是已知最强的超强酸。这些超强酸如魔酸，它是五氟化锑和氟磺酸按体积比1:1混合制成的混酸。其酸度只是无水硫酸的1000万倍，在世界市场上已有商品出售，超强酸在化学和化学工业上，有很大应用价值，它既是无机及有机的质子化试剂，又是活性极高的催化剂。过去很多在普通环境下极难实现或根本无法实现的化学反应在超强酸环境中。却能异常顺利地完成。

这里需要指出的是，人们常说的“王水”，其实质是一种混合腐蚀剂，而不是酸，它的腐蚀作用的原理是高浓度的原子态氯，配合高浓度的氯离子，这使得常态下很稳定的贵金属在其中能够顺利参与反应，从而被腐蚀。故而王水的溶解能力和真正意义的酸性是两码事。在中学课本中，金属的活泼性被划分为“氢前金属”和“氢后金属”，这是针对金属和非氧化性强酸水溶液反应的活性而言。但是现实情况要更复杂些，一些很强的非氧化性强酸能跟银这样的贵金属发生反应，例如浓盐酸和浓氢碘酸，这不仅仅因为其水溶液有很高浓度的水合氢离子，而且和其阴离子的络合能力有关——但这些“特例”仍然在常规意义的“酸”的范畴。

直到有一天奥莱教授和他的学生偶然发现了一种奇特的溶液，它居然能溶解不溶于王水的高级烷烃蜡烛，人们才知道通常人们所知道的几大强酸都还不算什么，还有比它们强得多的酸，人们称之为“超强酸”，其中包含魔酸，也就是氟锑磺酸。

成分分析

从成分上看，超强酸是由两种或两种以上的含氟化合物组成的溶液。它们的酸性强的令人难以置信，比如氢氟酸和五氟化锑按1:0.3（物质的量之比）混合时，它的酸性是浓硫酸的1亿倍。按1:1混合时，它的酸性是浓硫酸的1019倍。所以王水在它们面前只能是“小巫见大巫”。

由于超强酸的酸性和腐蚀性强的出奇，所以过去一些极难或根本无法实现的化学反应，在超强酸的条件下便能顺利进行。比如正丁烷，在超强酸的作用下，可以发生碳氢键的断裂，生成氢气，也可以发生碳碳键的断裂，生成甲烷，还可以发生异构化生成异丁烷，这些都是普通酸做不到的。

超强酸可以使碳正离子活性降低，使其反应可受人工控制，对工业生产有重要作用。

可以预料，随着这些具有超常酸性和腐蚀性超强酸的相继问世，化学和化学工业将会迅速走进新时代。

主要类型

a.布朗斯特超酸，如HSO3Cl、HSO3F和HSO3CF3等，室温下为液体，本身为酸性非常强的溶剂。

b.路易斯超酸：SbF5、AsF5、AuF5、TaF5和NbF5等，其中除却AuF5外，氟锑酸是已知最强的路易斯酸，可用于制备正碳离子和魔酸等共轭超酸。

c. 共轭布朗斯特——路易斯超酸：包括一些由布朗斯特和路易斯酸组成的体系。如：H2SO4·SO(H2S2O7)；H2SO4·B(OH)3；HSO3F·SbF5；HSO3F等。

d. 固体超酸：硫酸处理的氧化物TiO2·H2SO4；ZrO2·H2SO4；路易斯酸处理的TiO2·SiO2等。

超酸用途

a. 非电解质成为电解质，能使很弱的碱质子化（碳正离子）

b. 超酸中可解离出多卤素阳离子I2+、I3+、Br2+、Cl2+等

c. 良好的催化剂

d. 使用超酸可以活化碳氢化合物，如六氟合锑酸溶液中对甲基环戊烷的羰基化反应。对C-H键的质子化导致失去一个氢气而生成一个碳正离子（其可能发生的重排并未给出）对C-C碱的质子化在经重排后产生了一个线性的碳正离子（其他的异构体并没有给出）。加入的CO捕获这些碳正离子即生成稳定的酰基碳正离子，它与后处理过程中加入的乙醇发生反应生成相应的乙酯化合物。

举例

氟锑酸

氟锑酸（Fluoroantimonic acid），是氟化氢（HF）与五氟化锑（SbF5）的混合物，可全称为六氟合锑酸，是迄今为止已知最强的超强酸。其中，氟化氢提供质子（H+）和共轭碱氟离子（F-），氟离子通过强配位键与亲氟的五氟化锑生成具有八面体稳定结构的六氟化锑阴离子（SbF6-），而该离子是一种非常弱的亲核试剂和非常弱的碱。于是H+（质子）就成为了“自由质子”，从而导致整合体系具有非常强的酸性。氟锑酸的酸性通常是纯硫酸的1019倍。

魔酸（Magic acid）是最早发现的超强酸，称它有魔法是因为它能够分解蜡烛中的蜡。魔酸是一种路易斯酸五氟化锑（SbF5）和一种质子酸氟磺酸（HSO3F）的混合物。魔酸是无色透明的粘稠液体，含杂质时为淡黄色、棕色甚至是黑绿色。有明显的刺激性气味，纯净的氟锑磺酸密度大致为3.61-3.82g/mL，无固定溶沸点，酸性为纯硫酸的10万亿倍。

碳硼烷酸

碳硼烷酸（Carborane superacid）：2004年，加州大学的Christopher Reed研究小组合成出了这种最强的纯酸—碳硼烷酸（化学式：CHB11Cl11），这是已知酸性最强的分子。碳硼烷的结构十分稳定且体积较大，一价负电荷被分散在碳硼烷阴离子的表面，因而与氢阳离子的作用很弱，从而具有令人吃惊的释放氢离子的能力。酸性是氟磺酸的一千倍，纯硫酸的一百万倍，但由于碳硼烷的结构稳定，在释出氢离子后难以再发生变化，因此腐蚀性极低，又被称为最温和的强酸。它能溶解不溶于王水的高级烷烃蜡烛。碳硼烷酸的应用十分广泛，可以用来制造“酸化”的有机分子，研究这些在自然界中短暂存在的有机分子有助于科学家了解物质发生变化的深层次机理，而科学家希望用碳硼烷酸酸化惰性气体氙，确定该气体的惰性强度。