Vinylsulfonsäure

Strukturformel
	Strukturformel von Vinylsulfonsäure
Allgemeines
Name	Vinylsulfonsäure
Andere Namen	Ethylensulfonsäure
Summenformel	C2H4O3S
Kurzbeschreibung	farblose Flüssigkeit, die sich an der Luft rasch gelb-braun färbt<ref name="Schenk">Patent US3872165: Manufacture of vinyl sulfonates and vinylsulfonic acid from carbylsulfate. Angemeldet am 30. November 1971, veröffentlicht am 18. März 1975, Anmelder: BASF, Erfinder: Roland Dahlinger, Walter Schenk, Dieter Stockburger.‌</ref>
Externe Identifikatoren/Datenbanken
EG-Nummer	214-676-1
ECHA-InfoCard	100.013.342
PubChem	62474
ChemSpider	56254
DrugBank	DB04359
Wikidata	[[:d:Lua-Fehler in Modul:Wikidata, Zeile 1464: attempt to index field 'wikibase' (a nil value)\|Lua-Fehler in Modul:Wikidata, Zeile 1464: attempt to index field 'wikibase' (a nil value)]]
Eigenschaften
Molare Masse	108,12 g·mol−1
Aggregatzustand	flüssig<ref name="Schenk" />
Dichte	1,392 g·cm−3<ref name="chemblink">Eintrag zu Vorlage:Linktext-Check bei ChemBlinkVorlage:Abrufdatum</ref>
Siedepunkt	114–115 °C (0,6 hPa)<ref name="Römpp">Eintrag zu Vinylsulfonsäure. In: Römpp Online. Georg Thieme VerlagVorlage:Abrufdatum</ref>; 128 °C (1,29 hPa)<ref>H.C. Haas, M.S. Simon: Reactivity ratios of some monomer pairs in J. Polymer Sci. 9 (1952) 309–314, doi:10.1002/pol.1952.120090403.</ref>;
Brechungsindex	1,4499 (20 °C)<ref>Le Berre u. a.: Bulletin de la Societe Chimique de France 1970, 954–957.</ref>
Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung<ref>Für diesen Stoff liegt noch keine harmonisierte Einstufung vor. Wiedergegeben ist eine von einer Selbsteinstufung durch Inverkehrbringer abgeleitete Kennzeichnung von Vorlage:Linktext-Check im Classification and Labelling Inventory der Europäischen Chemikalienagentur (ECHA)Vorlage:Abrufdatum</ref> Gefahr	Gefahrensymbol
	Gefahrensymbol
H- und P-Sätze	H: 290‐314
	P: ?
	Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen (0 °C, 1000 hPa). Brechungsindex: Na-D-Linie, 20 °C

Vinylsulfonsäure ist der einfachste Vertreter ungesättigter Sulfonsäuren.<ref>H. Distler: Zur Chemie der Vinylsulfonsäure in Angew. Chem. 77 (1965) 291–311, doi:10.1002/ange.19650770704.</ref> Die aktivierte Doppelbindung bedingt die hohe Reaktivität gegenüber nucleophilen Agentien und die ausgeprägte Polymerisationsneigung, insbesondere bei der Verwendung als Comonomer mit funktionellen Vinyl-<ref>Patent EP0643081: Polymers of vinylsulfonic acid. Veröffentlicht am 15. März 1995, Anmelder: Hoechst AG, Erfinder: H. Hoffmann et al..‌</ref> und (Meth)Acrylsäureverbindungen.<ref>Patent US2011017954: VINYL SULFONIC ACID, POLYMER THEREOF, AND PRODUCTION METHOD THEREOF. Veröffentlicht am 27. Januar 2011, Erfinder: H. Akikaze et al..‌</ref>

Gewinnung und Darstellung

Vinylsulfonsäure kann durch Dehydratisierung von Isethionsäure mittels Phosphorpentoxid hergestellt werden:<ref>Patent US2597696: Preparation of ethylenesulfonic acid. Angemeldet am 18. März 1948, veröffentlicht am 20. Mai 1952, Anmelder: American Cyanamid, Erfinder: J.A. Anthes, J.R. Dudley.‌</ref>

Vinylsulfonsäure via Isethionsäure

Die Sulfochlorierung von Chlorethan nach Reed, Dehydrohalogenierung zum Vinylsulfonylchlorid und anschließende Hydrolyse des Säurechlorids führt ebenfalls zu Vinylsulfonsäure.

Vinylsulfonsäure durch Reed-Sulfochlorierung

Technisch relevant ist ausschließlich die alkalische Hydrolyse von Carbylsulfat mit anschließendem Ansäuern des entstehenden Natriumvinylsulfonats:<ref name="Schenk" />

Vinylsulfonsäure aus Carbylsulfat

Die Reaktion ist mit einer Reaktionsenthalpie von 1.675 kJ/kg stark exotherm und erfordert die exakte Einhaltung von Temperatur und pH-Wert bei der Hydrolyse. Mit Calciumhydroxid als Hydrolysemedium resultiert eine Lösung von Calciumvinylsulfonat, aus der beim Ansäuern mit konz. Schwefelsäure schwerlösliches Calciumsulfat ausfällt und eine farblose Vinylsulfonat-Lösung erhalten wird.

Eigenschaften

Reine Vinylsulfonsäure ist eine farblose, viskose und wasseranziehende Flüssigkeit, die sich an der Luft rasch gelb-braun bis dunkelrot verfärbt.<ref name="Medford">Patent US3312735: Purification of ethylenesulfonic acid. Angemeldet am 30. September 1963, veröffentlicht am 4. April 1967, Anmelder: Dow Chemical, Erfinder: Robert C. Medford, Charles R. Pfeifer.‌</ref> Reinigung durch Entfärbung mit Aktivkohle und Vakuumdestillation, sowie Stabilisierung der oxidationsempfindlichen Substanz, z. B. mit MEHQ erfordern erheblichen Aufwand, sind aber zur Erzielung hoher Molgewichte bei der (Co)Polymerisation<ref name="Medford" /> oder beim Einsatz in Elektronikmaterialien<ref>Patent EP2128131: PROCESS FOR PRODUCING VINYLSULFONIC ACID. Veröffentlicht am 2. Dezember 2009, Anmelder: Asahi Kasei Finechem Co. Ltd., Erfinder: H. Akikaze et al..‌</ref> unerlässlich. Wässrige Vinylsulfonsäure-Lösungen reagieren stark sauer.

Verwendung

An die aktivierte Doppelbindung der Vinylsulfonsäure können leicht Nucleophile addiert werden; so entsteht mit Ammoniak Taurin und mit Methylamin N-Methyltaurin, das als Ausgangsmaterial für die Tensidklasse der Tauride dient. Vinylsulfonsäure wird als reaktionsfähiges Monomer zur Herstellung von stark sauren bzw. anionischen Homo- und Copolymeren eingesetzt, die in der Elektronikindustrie in Photoresists, als leitfähige Polymere und in Polymerelektrolymembranen (PEM) für Brennstoffzellen Verwendung finden. So bildet Polyvinylsulfonsäure transparente Membranen mit hoher Ionenaustauschkapazität und Protonenleitfähigkeit.<ref>Teruyuki Okayasu, Toshiyasu Hibino, Hiroyuki Nishide: Free Radical Polymerization Kinetics of Vinylsulfonic Acid and Highly Acidic Properties of its Polymer. In: Macromolecular Chemistry and Physics. Band 212, Nr. 10, 17. Mai 2011, S. 1072–1079, doi:10.1002/macp.201000773. </ref> Vinylsulfonsäure kann auch auf polymere Träger, wie z. B. Polystyrol gepfropft werden, wobei stark saure Ionenaustauscher erhalten werden, die sich als Katalysatoren für Veresterungen und Friedel-Crafts-Acylierungen eignen.<ref>T. Okayasu, K. Saito, H. Nishide, M.T W. Hearn: Poly(vinylsulfonic acid)-grafted solid catalysts: new materials for acid-catalysed organic synthetic reactions. In: Green Chem. Band 12, 2010, S. 1981–1989, doi:10.1039/C0GC00241K.</ref> Wo die Sulfonsäurefunktionalität nicht unbedingt erforderlich ist, wird die wesentlich anwenderfreundlichere alkalisch-wässrige Lösung des Natriumvinylsulfonats eingesetzt, das bei der alkalischen Hydrolyse des Carbylsulfats direkt anfällt.

Einzelnachweise