Methyltrifluormethylsulfonat

Strukturformel
Allgemeines
Name	Methyltrifluormethylsulfonat
Andere Namen	Trifluormethansulfonsäuremethylester; Methyltrifluormethansulfonat; Methyltriflat; MeOTf;
Summenformel	C2H3F3O3S
Kurzbeschreibung	klare farblose bis hellgelbe Flüssigkeit
Externe Identifikatoren/Datenbanken
EG-Nummer	206-371-7
ECHA-InfoCard	100.005.793
PubChem	9526
Wikidata	Q907614
Eigenschaften
Molare Masse	164,10 g·mol−1
Aggregatzustand	flüssig
Dichte	1,45 g·cm−3 bei 25 °C; 1,50 g·cm−3 bei 20 °C;
Schmelzpunkt	−64 °C
Siedepunkt	94 – 99 °C; 99 °C;
Löslichkeit	löslich in Dichlormethan, Schwefeldioxid, Sulfolan, Nitromethan und Dimethylsulfat
Brechungsindex	1,3240 – 1,3280 bei 20 °C
Sicherheitshinweise
H- und P-Sätze	H: 226‐301+311‐314‐330
	P: 210‐233‐280‐303+361+353‐304+340+310‐305+351+338
	Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen (0 °C, 1000 hPa). Brechungsindex: Na-D-Linie, 20 °C

Methyltrifluormethylsulfonat (Methyltriflat, MeOTf) ist der Methylester der Supersäure Trifluormethansulfonsäure und wird als hochaktives Methylierungsagens in der präparativen organischen Chemie und als Initiator für die kationische Kettenpolymerisation, insbesondere für die ringöffnende Polymerisation cyclischer Monomerer, eingesetzt.

Herstellung

Die Synthese von Methyltrifluormethylsulfonat aus dem Silbersalz der Trifluormethansulfonsäure und Methyliodid wurde erstmals 1956 berichtet.

C F_{3} S O_{2} O A g + C H_{3} I ⟶ C F_{3} S O_{2} O C H_{3} + A g I

Die Ausbeute der Reaktion betrug lediglich 69 %.

Höhere Ausbeuten (70–80 %) werden bei der Umsetzung von Trifluormethansulfonsäureanhydrid mit Methanol erzielt.

(C F_{3} S O_{2})_{2} O + C H_{3} O H ⟶ C F_{3} S O_{2} O C H_{3} + C F_{3} S O_{2} O H

Bei dieser Reaktion geht die Hälfte des eingesetzten teuren Trifluormethansulfonsäureanhydrids (engl. triflic anhydride) verloren.

Bei der Umsetzung von Trifluormethansulfonsäure (HOTf) mit Dimethylsulfat entsteht MeOTf in 81%iger Ausbeute, allerdings zusammen mit dem Nebenprodukt Schwefelsäure, die mit HOTf verunreinigt ist.

2 C F_{3} S O_{2} O H + (C H_{3})_{2} S O_{4} ⟶ 2 C F_{3} S O_{2} O C H_{3} + H_{2} S O_{4}

Fast quantitative Ausbeute (98 %) von Methyltriflat liefert die Reaktion von Trifluormethansulfonsäureanhydrid mit Dimethylcarbonat in Gegenwart katalytischer Mengen von HOTf.

(C F_{3} S O_{2})_{2} O + (C H_{3} O)_{2} C O \overset{K a t a l y s a t o r}{\to} C F_{3} S O_{2} O C H_{3} + C O_{2}

Nachteilig ist auch hier die Verwendung des teuren Trifluormethansulfonsäureanhydrids, das durch eine Kombination von Trifluormethansulfonsäure mit einem Säurechlorid – bevorzugt Benzoylchlorid – ersetzt werden kann.

C F_{3} S O_{2} O H + C_{6} H_{5} C O C l + (C H_{3} O)_{2} C O ⟶ C F_{3} S O_{2} O C H_{3} + C_{6} H_{5} C O O C H_{3} + C O_{2} + H C l

Diese auf einfach zugänglichen und kostengünstigen Edukten basierende Synthese liefert MeOTf in reproduzierbarer Ausbeute von 93 % bei hoher Reinheit neben Methylbenzoat als verwertbares Nebenprodukt und scheint die im industriellen Maßstab ökonomischste Route zu Methyltrifluormethansulfonat darzustellen.

Eigenschaften

Methyltriflat ist eine klare, farblose, ätzende und entzündliche Flüssigkeit, die bei Exposition bzw. Inhalation schwere Haut- und Schleimhautschäden verursacht. MeOTf mischt sich mit allen organischen Lösungsmitteln, reagiert aber mit vielen z. T. sehr heftig, wie z. B. Wasser zu Trifluormethansulfonsäure. Wegen der hohen Aktivität von MeOTf als Alkylierungsmittel muss von einem signifikanten karzinogenen und mutagenen Potential ausgegangen werden.

Anwendungen

Methylierungen mit Methyltrifluomethylsulfonat

Methyltrifluormethylsulfonat mit der ausgezeichneten Abgangsgruppe Trifluormethansulfonat ist ein sehr reaktionsfreudiges Methylierungsmittel, das in seiner Reaktivität – gemessen durch Alkoholyse von Modellestern – nur durch Meerwein-Salze, wie z. B. Trimethyloxoniumtetrafluoroborat übertroffen wird.

Die Abstufung der Reaktivität von Methylierungsmitteln entspricht in etwa: (CH₃)₃O⁺ BF₄⁻ (Trimethyloxonium-tetrafluoroborat) > CF₃SO₂OCH₃ (Methyltriflat) > FSO₂OCH₃ (Methylfluorsulfonat) >> H₃C-Phenyl-SO₂OCH₃ (Methyltosylat) > CH₃SO₂OCH₃ (Methylmethansulfonat) >> (CH₃O)₂SO₂ (Dimethylsulfat) > CH₃I (Methyliodid) > CH₃Br (Methylbromid)

Gegenüber dem festen und extrem hygroskopischen Meerwein-Salz und den außerordentlich toxischen Methylfluorsulfonat und Dimethylsulfat ist Methyltriflat leichter handhabbar, weniger gefährlich und erfordert weniger drastische Reaktionsbedingungen, die bei der Methylierung chiraler Moleküle zu geringerer oder keiner Racemisierung führen.

Methyltriflat hat für die Einführung von Methylgruppen breite Anwendung in der organischen Chemie gefunden.

So werden Hydroxygruppen von Kohlenhydraten effektiv und selektiv mit MeOTf methyliert.

Aliphatische, alicyclische und aromatische Stickstoffverbindungen sowie aliphatische Phosphorverbindungen werden ebenfalls in praktisch quantitativer Ausbeute durch Reaktion mit Methyltrifluormethylsulfonat in die entsprechenden quartären Ammonium- bzw. Phosphoniumsalze überführt.

Einige dieser Verbindungen finden als Phasentransferkatalysatoren oder Ionische Flüssigkeiten Verwendung.

Auch sterisch gehinderte Stickstoffaromaten, wie z. B. 2,4,6-Trimethylpyridin werden mit Methyltriflat glatt methyliert, nur extrem gehinderte Pyridine, wie z. B. 2,4,6-Tris(t-butyl)pyridin reagieren kaum.

Analog werden S-Verbindungen durch Methyltriflat zu S-Methylsulfoniumsalzen methyliert.

Kationische Polymerisation mit Methyltriflat

Methyltriflat initiiert die lebende kationische Polymerisation von Lactid und von Lactonen wie z. B. β-Propiolacton, ε-Caprolacton oder auch Glycolid zu den entsprechenden Polylactonen

bzw. von cyclischen Carbonaten, wie z. B. Trimethylencarbonat und Neopentylencarbonat (5,5-Dimethyl-1,3-dioxan-2-on) zu den entsprechenden Polycarbonaten.

2-Alkyl-2-oxazoline wie z. B. 2-Ethyl-2-oxazolin werden durch Methyltrifluormethylsulfonat ebenfalls in einer lebenden kationischen Polymerisation zu Poly(2-alkyloxazoline)n polymerisiert.

Einzelnachweise

1 2 3 4 Eintrag zu Methyl Trifluoromethanesulfonate bei TCI Europe, abgerufen am 22. Juli 2016.
1 2 3 4 5 Datenblatt Methyl trifluoromethanesulfonate bei Sigma-Aldrich, abgerufen am 23. Oktober 2021 (PDF).
1 2 Datenblatt Methyl trifluoromethanesulfonate bei Alfa Aesar, abgerufen am 22. Juli 2016 (Seite nicht mehr abrufbar).
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[22] H.R. Kricheldorf, B. Weegen-Schulz, J. Jenssen: Cationic polymerization of aliphatic cyclocarbonates. In: Macromol. Symp. Band 132, Nr. 1, 1998, S. 421–430, doi:10.1002/masy.19981320139.

[23] M. Glassner, D.R. D’hooge, J.Y. Park, P.H.M. Van Steenberge, B.D. Monnery, M.-F. Reyniers, R. Hoogenboom: Systematic investigation of alkyl sulfonate initiators for the cationic ring-opening polymerization of 2-oxazolines revealing optimal combinations of monomers and initiators. In: Eur. Polym. J. Band 65, 2015, S. 298–304, doi:10.1016/j.eurpolymj.2015.01.019.