El cloruro de tionilo es un compuesto inorgánico con la fórmula química SOCl₂ . Es un líquido incoloro, moderadamente volátil , con un olor acre desagradable. El cloruro de tionilo se utiliza principalmente como reactivo clorante , con una producción aproximada de 45 000 toneladas (50 000 toneladas cortas) anuales a principios de la década de 1990, [ 5 ] pero también se utiliza ocasionalmente como disolvente. [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] Es tóxico, reacciona con el agua y también figura en la lista de la Convención sobre Armas Químicas, ya que puede utilizarse para la producción de armas químicas .
El cloruro de tionilo a veces se confunde con el cloruro de sulfurilo , SO₂Cl₂ , pero las propiedades de estos compuestos difieren significativamente. El cloruro de sulfurilo es una fuente de cloro, mientras que el cloruro de tionilo es una fuente de iones cloruro .
Producción
La principal síntesis industrial implica la reacción de trióxido de azufre y dicloruro de azufre . [ 9 ] Esta síntesis puede adaptarse al laboratorio calentando óleum para destilar lentamente el trióxido de azufre en un matraz enfriado con dicloruro de azufre. [ 10 ]
- SO 3 + SCl 2 → SOCl 2 + SO 2
Otros métodos incluyen síntesis a partir de:
- SO 2 + PCl 5 → SOCl 2 + POCl 3
- Cloro y dicloruro de azufre:
- SO₂ + Cl₂ + SCl₂ → 2 SOCl₂
- SO₃ + Cl₂ + 2SCl₂ → 3 SOCl₂
- Fosgeno :
- SO₂ + COCl₂ → SOCl₂ + CO₂
La segunda de las cinco reacciones mencionadas también produce oxicloruro de fósforo (cloruro de fosforilo), que se asemeja al cloruro de tionilo en muchas de sus reacciones. Ambos compuestos pueden separarse por destilación, ya que el cloruro de tionilo hierve a una temperatura mucho menor que el cloruro de fosforilo.
Propiedades y estructura
El SOCl₂ adopta una geometría molecular piramidal trigonal con simetría molecular C₅ . Esta geometría se atribuye a los efectos del par de electrones no enlazantes en el centro de azufre(IV).
En estado sólido, el SOCl₂ forma cristales monoclínicos con el grupo espacial P2₁ /c. [ 11 ]
Estabilidad
El cloruro de tionilo tiene una larga vida útil ; sin embargo, las muestras "envejecidas" desarrollan un tono amarillento, posiblemente debido a la formación de dicloruro de disulfuro. Se descompone lentamente en S₂Cl₂, SO₂ y Cl₂ justo por encima del punto de ebullición . [ 9 ] [ 12 ] El cloruro de tionilo es susceptible a la fotólisis , que procede principalmente a través de un mecanismo radicalario. [ 13 ] Las muestras que muestran signos de envejecimiento pueden purificarse mediante destilación a presión reducida, obteniéndose un líquido incoloro. [ 14 ]

Reacciones
El cloruro de tionilo se utiliza principalmente en la producción industrial de compuestos organoclorados , que suelen ser intermediarios en la industria farmacéutica y agroquímica. Generalmente se prefiere a otros reactivos, como el pentacloruro de fósforo , ya que sus subproductos (HCl y SO₂ ) son gaseosos, lo que simplifica la purificación del producto.
Muchos de los productos del cloruro de tionilo son en sí mismos altamente reactivos y, como tal, interviene en una amplia gama de reacciones.
Con agua y alcoholes
El cloruro de tionilo reacciona exotérmicamente con el agua para formar dióxido de azufre y ácido clorhídrico :
- SOCl₂ + H₂O → 2 HCl + SO₂
Mediante un proceso similar, también reacciona con alcoholes para formar cloruros de alquilo . Si el alcohol es quiral, la reacción generalmente procede mediante un mecanismo S N i con retención de la estereoquímica; [ 15 ] sin embargo, dependiendo de las condiciones exactas empleadas, también puede lograrse la inversión estereoquímica. Históricamente, el uso de SOCl 2 con piridina se denominaba halogenación de Darzens , pero este nombre rara vez lo utilizan los químicos modernos.

Las reacciones con un exceso de alcohol producen ésteres de sulfito , que pueden ser reactivos potentes para la metilación , alquilación e hidroxialquilación. [ 16 ]
- SOCl₂ + 2 R−OH → (R−O) ₂SO₄ + 2 HCl
Por ejemplo, la adición de SOCl₂ a aminoácidos en metanol produce selectivamente los ésteres metílicos correspondientes . [ 17 ]
Con ácidos carboxílicos
Clásicamente, convierte los ácidos carboxílicos en cloruros de acilo : [ 18 ] [ 19 ] [ 20 ]
- SOCl₂ + R−COOH → R−COCl + SO₂ + HCl
Se ha investigado el mecanismo de reacción: [ 21 ]
Con especies de nitrógeno
Con aminas primarias, el cloruro de tionilo produce derivados de sulfinilamina (RNSO), un ejemplo de los cuales es la N - sulfinilanilina . El cloruro de tionilo reacciona con formamidas primarias para formar isocianuros [ 22 ] y con formamidas secundarias para dar iones cloroiminio ; por lo tanto, una reacción de este tipo con dimetilformamida formará el reactivo de Vilsmeier . [ 23 ]
Mediante un proceso análogo, las amidas secundarias reaccionarán con cloruro de tionilo para formar cloruros de imidoilo , mientras que las amidas terciarias darán iones cloroiminio . Estas especies son altamente reactivas y pueden utilizarse para catalizar la conversión de ácidos carboxílicos en cloruros de acilo; [ 24 ] también se emplean en la reacción de Bischler-Napieralski como medio para formar isoquinolinas .
Las amidas primarias continuarán formando nitrilos si se calientan ( degradación de la amida de Von Braun ). [ 25 ]
El cloruro de tionilo también se ha utilizado para promover el reordenamiento de Beckmann de las oximas .
Con especies de azufre
- El cloruro de tionilo transformará los ácidos sulfínicos en cloruros de sulfinilo [ 26 ] [ 27 ]
- Los ácidos sulfónicos reaccionan con el cloruro de tionilo para producir cloruros de sulfonilo . [ 28 ] [ 29 ] Los cloruros de sulfonilo también se han preparado a partir de la reacción directa de la sal de diazonio correspondiente con el cloruro de tionilo. [ 30 ]
- El cloruro de tionilo puede utilizarse en variaciones del reordenamiento de Pummerer .
Con especies de fósforo
El cloruro de tionilo convierte los ácidos fosfónicos y los fosfonatos en cloruros de fosforilo . Es por este tipo de reacción que el cloruro de tionilo figura como compuesto de la Lista 3 , ya que puede utilizarse en el método "di-di" para la producción de agentes nerviosos de la serie G. Por ejemplo, el cloruro de tionilo convierte el dimetil metilfosfonato en dicloruro de ácido metilfosfónico , que puede utilizarse en la producción de sarín y somán .
Con metales
Como el SOCl₂ reacciona con el agua , puede utilizarse para deshidratar varios hidratos de cloruro metálico, como el cloruro de magnesio ( MgCl₂ · 6H₂O ) , el cloruro de aluminio ( AlCl₃ · 6H₂O ) y el cloruro de hierro ( III) ( FeCl₃ · 6H₂O ) . [ 9 ] Esta conversión implica un tratamiento con cloruro de tionilo a reflujo y sigue la siguiente ecuación general: [ 31 ]
- MCl n · x H 2 O + x SOCl 2 → MCl n + x SO 2 + 2 x HCl
Si se utiliza un exceso de SOCl₂ para deshidratar el tricloruro de aluminio, se formará un aducto (1 molécula de cloruro de tionilo por cada molécula del dímero de tricloruro de aluminio) .
Otras reacciones
- El cloruro de tionilo puede participar en diversas reacciones de adición electrofílica. Se adiciona a alquenos en presencia de AlCl₃ para formar un complejo de aluminio que puede hidrolizarse para formar un ácido sulfínico . Tanto los cloruros de arilsulfinilo como los diarilsulfóxidos pueden prepararse a partir de arenos mediante reacción con cloruro de tionilo en ácido trifluorometanosulfónico [ 32 ] o en presencia de catalizadores como BiCl₃ , Bi(OTf ) ₃ , LiClO₄ o NaClO₄ . [ 33 ] [ 34 ]
- En el laboratorio, se puede utilizar una reacción entre el cloruro de tionilo y un exceso de alcohol anhidro para producir soluciones alcohólicas anhidras de HCl .
- El cloruro de tionilo experimenta reacciones de intercambio de halógenos para dar lugar a otras especies de tionilo.
- Las reacciones con agentes fluorantes como el trifluoruro de antimonio producen fluoruro de tionilo :
- 3 SOCl 2 + 2 SbF 3 → 3 SOF 2 + 2 SbCl 3
- Una reacción con bromuro de hidrógeno produce bromuro de tionilo :
- SOCl 2 + 2 HBr → SOBr 2 + 2 HCl
Baterías
El cloruro de tionilo es un componente de las baterías de litio-cloruro de tionilo , [ 37 ] donde actúa como electrolito y electrodo positivo [ 38 ] (en baterías: cátodo ), mientras que el litio forma el electrodo negativo ( ánodo ). La reacción de descarga global es la siguiente:
- 4 Li + 2 SOCl 2 → 4 LiCl + 1/8 S 8 + SO 2
Estas baterías no recargables tienen ventajas sobre otras formas de baterías de litio, como una alta densidad de energía, un amplio rango de temperatura de funcionamiento y una larga vida útil tanto de almacenamiento como de funcionamiento. Son fuentes de energía populares para dispositivos IoT, como rastreadores de activos y medidores de servicios públicos, así como balizas de emergencia militares y de aeronaves. [ 39 ] [ 40 ] Sin embargo, su alto costo, la imposibilidad de recargarlas y las preocupaciones de seguridad han limitado su uso en dispositivos de consumo. El contenido de las baterías es muy corrosivo, el SO 2 es tóxico por inhalación y, por lo tanto, las baterías requieren procedimientos especiales de eliminación; además, pueden explotar si se cortocircuitan. La tecnología se utilizó en el rover Sojourner de Marte en 1997.
Seguridad
El SOCl₂ es altamente reactivo y libera ácido clorhídrico y dióxido de azufre al entrar en contacto con agua y alcoholes. Su inhalación puede provocar edema pulmonar . [ 41 ] También es una sustancia controlada según la Convención sobre Armas Químicas , donde figura como sustancia de la Lista 3 , ya que se utiliza en la fabricación de agentes nerviosos de la serie G y en los métodos Meyer y Meyer - Clarke para la producción de gases mostaza a base de azufre . [ 42 ]
Historia
En 1849, los químicos franceses Jean-François Persoz y Bloch, y el químico alemán Peter Kremers (1827–?), sintetizaron independientemente por primera vez el cloruro de tionilo mediante la reacción de pentacloruro de fósforo con dióxido de azufre . [ 43 ] [ 44 ] Sin embargo, sus productos eran impuros: tanto Persoz como Kremers afirmaron que el cloruro de tionilo contenía fósforo, [ 45 ] y Kremers registró su punto de ebullición como 100 °C (en lugar de 74,6 °C). En 1857, el químico germano-italiano Hugo Schiff sometió cloruro de tionilo crudo a repetidas destilaciones fraccionadas y obtuvo un líquido que hervía a 82 °C y que llamó cloruro de tionilo . [ 46 ] En 1859, el químico alemán Georg Ludwig Carius observó que el cloruro de tionilo podía utilizarse para fabricar anhídridos de ácido y cloruros de acilo a partir de ácidos carboxílicos y para fabricar cloruros de alquilo a partir de alcoholes . [ 47 ]
Véase también
Referencias
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- ↑ El químico alemán Georg Ludwig Carius observó que, al destilar la mezcla de reacción que producía cloruro de tionilo, la mezcla cruda liberaba inicialmente cantidades sustanciales de gas, de modo que el cloruro de fosforilo (POCl₃ ) era arrastrado al recipiente receptor. Carius, L. (1859). "Ueber die Chloride des Schwefels und deren Derivate" [ Sobre el cloruro de azufre y sus derivados ] . Annalen der Chemie und Pharmacie (en alemán). 111 : 93–113 . doi : 10.1002/jlac.18591110111 .De la página 94: "... sin embargo, durante la destilación fraccionada, se debe tener cuidado de evitar una concentración de cloruro de hidrógeno o un exceso de ácido sulfuroso en el líquido que se va a destilar, ya que, de lo contrario, por la liberación de gas que ocurre al comienzo de la destilación, se transfiere mucho cloruro de fosforilo y nunca se obtiene cloruro de tionilo puro."
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- ^ Cario, L. (1859). "Ueber die Chloride des Schwefels und deren Derivate" [ Sobre el cloruro de azufre y sus derivados ] . Annalen der Chemie und Pharmacie (en alemán). 111 : 93– 113. doi : 10.1002/jlac.18591110111 . En la página 94, Carius señala que el cloruro de tionilo puede ser "... mit Vortheil zur Darstellung wasserfreier Säuren verwenden." ( ... utilizado ventajosamente para la preparación de anhídridos ácidos.) También en la página 94, Carius muestra ecuaciones químicas en las que el cloruro de tionilo se utiliza para transformar el ácido benzoico (OC 7 H 5 OH) en cloruro de benzoilo (ClC 7 H 5 O) y para transformar el benzoato de sodio en anhídrido benzoico . En la página 96, menciona que el cloruro de tionilo transformará el metanol en cloruro de metilo ( clormetilo ). El cloruro de tionilo se comporta como el cloruro de fosforilo : de las páginas 94-95: "Die Einwirkung des Chlorthionyls … die Reaction des Chlorthionyls weit heftiger statt." (La reacción del cloruro de tionilo con sustancias [orgánicas] que contienen oxígeno transcurre, en general, de forma paralela a la del cloruro de fosforilo; cuando este último produce algún efecto, el cloruro de tionilo suele hacerlo también, solo que en casi todos los casos la reacción se produce de forma mucho más vigorosa).
- compuestos tionílicos
- Compuestos de azufre(IV)
- Oxohaluros de azufre
- Oxicloruros
- Reactivos para química orgánica
- Agentes lacrimógenos
- Sustancias químicas malolientes
- disolventes inorgánicos