フルオロアンチモン酸

フルオロアンチモン酸は、フッ化水素と五フッ化アンチモンの混合物で、様々な陽イオンと陰イオンを含み、最も単純なものは^フルオロニウム（H₂F⁺）とフルオロアンチモン酸塩（SbF⁻⁶ ）_{です。この混合物は、}ハメット酸性度関数によれば、純粋な硫酸よりも何桁も強い、既知の最強の超酸です。一部の炭化水素をプロトン化して五配位カルボ陽イオン（カルボニウムイオン）を生成することさえあります。[ 3 ^]前駆体であるフッ化水素^と同様に、ガラスを侵食しますが、PTFE （テフロン）で内張りされた容器に保管できます。[4 ^]

フッ化水素と五フッ化アンチモンを反応させることで、フルオロアンチモン酸が生成される。

SbF ₅ + 2 HF ⇌ SbF − 6 + H ₂ F ⁺

フルオロアンチモン酸の化学種（すなわち、構成成分の内訳）は複雑である。分光学的測定によると、フルオロアンチモン酸はHF溶媒和プロトン[(HF)nH]+（H3F+2など）とフッ化物のSbF5付加体_[ ( ^SbF5 ) nF ] − （_{Sb4F −} 21など）の混合_物から^構成さ_れている。したがって、式「[ H2F ] ⁺ [ SbF6 ] ^{− 」は}_、実際の組成を簡略化した近似式ではあるが、都合の良い近似式である_。^{[ 5 ]}

しかしながら、この混合物の極めて強い酸性は、溶液中に存在する種のプロトン受容能力の低さから明らかである。通常、目立ったブレンステッド塩基性を持たないと考えられている水溶液中の弱酸であるフッ化水素は、実際にはこの混合物中で最も強いブレンステッド塩基であり、水溶液中の酸で水がH ₃ O ⁺にプロトン化されるのと同様にH ₂ F ⁺にプロトン化される。フルオロアンチモン酸の極めて強い酸性は、フルオロニウムイオンによるものである。プロトンは溶液中を容易に移動し、存在する場合はグロトフス機構によってH ₂ F ⁺から HF へ移動する。^{[ 6 ]}

HF−SbF ₅混合物から 2 つの関連生成物が結晶化され、両方とも単結晶X 線結晶構造解析によって分析された。これらの塩は[ H ₂ F ⁺ ] [ Sb ₂ F − 11 ]および[ H ₃ F + 2 ] [ Sb ₂ F − 11 ]の式を持つ。両方の塩において、陰イオンはSb ₂ F − 11である。上述のように、SbF − 6は弱塩基性であり、より大きな陰イオンSb ₂ F − 11はさらに弱い塩基であると予想される。^{[ 7 ]}

フルオロアンチモン酸は、_HF : SbF5の様々な比率で測定されたハメット酸度関数（H0 ）の値に基づくと、最も強い超酸である_。HFのH0_は−15.1 ± 0.1 HF溶液のH ₀値は、−20～−22 ± 1 SbF ₅のモル百分率が上昇するにつれて1％以上50%。達成された最低H ₀は約-28です（ただし、一部の情報源では-31以下の値が報告されています）。^{[ 8 ] [ 9 ]}

以下のH ₀値は、他の超酸との比較を示しています。^{[ 10 ]}

上記のうち、融点が高いためH ₀を直接測定できなかったカルボラン酸のみが、フルオロアンチモン酸よりも強い酸である可能性がある。 ^{[ 10 ] [ 4 ]}

H _0値は、バルクの液体酸のプロトン化能を測定するものであり、この値は混合物のさまざまな組成について直接測定または推定されています。一方、 p Ka_{値は、特定の溶媒に溶解した際の、離散的な化学種のプロトン解離平衡を測定するものです。フルオロアンチモン酸は単一の化学種ではないため、その p} Ka_値は明確に定義されていません。

混合物中に存在する個々の種の気相酸性度 (GPA) は、密度汎関数理論法を用いて計算されています。[ 5 ^{] (これら}の種の 溶液相 p Ka_は、原理的には溶媒和エネルギーを考慮することで推定できますが、2019 年現在、文献には報告されていないようです。) 例えば、イオン対 [ H ₂ F] ⁺ · [ SbF ₆ ] ⁻の GPA は1,060 kJ/molと推定されました。比較のために、一般的に見られる超酸トリフルオロメタンスルホン酸TfOH は、この尺度ではかなり弱い酸であり、GPA は1,250 kJ/molです。^{[ 11 ]} ただし、特定のカルボラン超酸は、 [ H ₂ F] ⁺ · [ SbF ₆ ] ⁻よりも低い GPA を持っています。例えば、H(CHB ₁₁ Cl ₁₁ )の実験的に決定された GPA は1,010 kJ/molである。^{[ 12 ]}   

フルオロアンチモン酸溶液は非常に反応性が高いため、反応しない媒体_を特定するのは困難です。フルオロアンチモン酸の溶媒として適合する材料には、塩化スルホニルフッ化物（SO₂ClF）および二酸化硫黄（SO₂ ）が_あり、一部のクロロフルオロカーボンも使用されています。HF −SbF₅_の容器はPTFEでできています。^{[ 4 ]}

フルオロアンチモン酸溶液は加熱すると分解し、40 °C (104 °F)の温度で遊離フッ化水素ガスと液体の五フッ化アンチモンを生成します。  

超酸であるフルオロアンチモン酸溶液は、ほぼすべての有機化合物をプロトン化し、しばしば脱水素または脱水を引き起こします。1967年に、BickelとHogeveenは、 2HF · SbF _5がイソブタンおよびネオペンタンと反応してカルベニウムイオンを形成することを示しました。^{[ 13 ] [ 14 ]}

(CH ₃ ) ₃ CH + H ⁺ → (CH ₃ ) ₃ C ⁺ + H ₂

(CH ₃ ) ₄ C + H ⁺ → (CH ₃ ) ₃ C ⁺ + CH ₄

また、テトラキセノノ金錯体の合成にも使用されます。^{[ 15 ]}

HF−SbF₅_は非常に腐食性の高い物質で、水と激しく反応します。加熱すると有毒なフッ化水素に分解するため、加熱も危険です。

• フルオロホウ酸
• フルオロ硫酸
• ヘキサフルオロリン酸