氯化亚砜
无机化合物
氯化亚砜(Thionyl chloride)是一种无机化合物,又名亚硫酰氯、氯化亚硫酰、二氯亚砜等,化学式为SOCl2,分子量为118.97,外观为无色至淡黄色具有刺激性气味的液体。它是亚硫酸分子中的两个OH基被氯取代后生成的衍生物,是亚硫酸的酰氯,其分子构型为锥体型,其中硫(IV)中心含有一对孤对电子。氯化亚砜能溶于氯仿四氯化碳中,在潮湿空气中易发烟。
理化性质
物理性质
外观与状态:氯化亚砜常温常压下为无色或淡黄色液体,有刺激性臭味。
折射率:1.593
饱和蒸气压:13.3kPa(21.4℃)
晶体:在低温下,固态的氯化亚砜会形成单斜晶系晶体。
溶解性:溶于苯、甲苯、氯仿、四氯化碳、醚类、烃类、卤代烃等溶剂。
稳定性:与水、大多数常见的金属、强还原剂、强碱、醇、胺不相容,且对光、热敏感,这导致氯化亚砜在自然界几乎不会天然存在。
结构
亚硫酸分子中的两个OH基被卤素取代后的行生物叫做亚硫酰卤或卤化亚硫酰。亚硫酰氯分子的构型为三角锥形,这种形状是由硫原子周围的sp3杂化轨道所决定的,其中的一个轨道则为孤对电子所占有,在亚硫酰氯分子中,S=O键的键长为145pm左右,较预期的S-O单键键长(约170pm)得多,故具有明显的双键性质,这是由于氧原子的充满pπ轨道和硫原子的空dπ轨道重叠的结果。
化学性质
与水、醇反应:氯化亚砜化学性质活泼,遇水或潮气会剧烈水解,在水中分解为二氧化硫(SO2)和氯化氢(HCl)。反应式为:SOCl2 + H2O → SO2+ HCl。通过类似过程,氯化亚砜也能与醇类反应生成烷基氯化物。
加热分解:加热至140℃开始分解生成氯气二氧化硫一氯化硫
与羧酸反应:氯化亚砜可将羧酸转化为酰氯。反应式为:SOCl2 + R-COOH → R-COCl + SO2 + HCl。
与含氮化合物反应:与伯胺反应时,亚硫酰氯生成亚磺酰胺衍生物,例如N-亚磺酰苯胺。硫酰氯与伯甲酰胺反应生成异氰化物,与仲甲酰胺反应则生成氯亚胺离子;例如与二甲基甲酰胺反应即可形成维尔斯迈尔试剂。
与含硫化合物反应:氯化亚砜能够将亚磺酸转换为亚磺酰氯。
与含磷化合物反应:氯化亚砜能够将磷酸和磷酸酯转化为磷酰氯。
与金属氯化物反应:由于氯化亚砜能够与水反应,可用于脱除多种金属氯化物水合物中的水分。若氯化亚砜使用过量,将形成加合物。因此,适当条件下加热回流金属氯化物的水合物和亚硫酰氯的混合物,可以制备无水的金属氯化物,例如:CrCl3·6H2O + 6SOCl2 → CrCl3 + 6SO2 + 12HCl。
与金属氧化物反应:将亚硫酰氯和过渡金属氧化物加热回流,可制得该金属的氯氧化物,例如:WO3 + 2SOCl2 → WOCl4 + 2SO2。
制备方法
工业制备
在工业上,氯化亚砜主要由三氧化硫二氯化硫反应制得。反应式为:
SO3 + SCl2 → SOCl2 + SO2
在反应中,常同时有副产物二氯五氧化二硫生成:
3SO3 + SCl2 → S2O5Cl2 + 2SO2
故需用分馏法将产物分离。
其他制取方法包括:
SO2 + PCl5 → SOCl2 + POCl3
SO2 + Cl2 + SCl2 → 2SOCl2
SO3 + Cl2 + 2SCl2 → 3SOCl2
此外使五氯化磷亚硫酸盐通过下列反应也可以得到亚硫酰氯:
CaSO3 + 2PCl5 → SOCl2 + 2POCl3 + CaCl2
经分馏,即可从上述混合产物中将亚硫酰氯分离出来。通过下面的反应并经分馏,也可获得亚硫酰氯:
SO2Cl2 + PCl3 → SOCl2 + POCl3
实验室制备
历史文献记述了以发烟硫酸或氯化硫等为前体的分步反应与减压精馏提纯,但由于强腐蚀与放热风险,现代实验室更倾向采购或在专业设施内进行。
应用领域
传统应用领域
医药与农药合成:在医药、农药、染料等精细化学品生产中,氯化亚砜可用于羧酸→酰氯、醇→氯代烷、磺酰氯等关键中间体的制备,以制备多种药物(如消炎痛、维生素A)和农药(如氰戊菊酯、水胺硫磷等)。农药行业是其最主要的消费领域。
染料工业:用作氯化剂参与染料及其中间体的合成。
新兴应用领域
锂电池领域:锂-亚硫酰氯电池(Li/SOCl2)中的氯化亚砜是该一次电池的阴极活性介质和电解质,具有超高能量密度和宽工作温度范围。研究表明,使用钴酞菁阴极催化剂可显著提升其氧化动力学,改善电池的循环稳定性和倍率性能。
食品领域:氯化亚砜还可用于制备人工甜味剂(如三氯蔗糖等)。
计算化学数据
疏水参数计算参考值(XlogP):1.5
氢键供体数量:0
氢键受体数量:1
可旋转化学键数量:0
互变异构体数量:0
拓扑分子极性表面积(TPSA):17.1
重原子数量:4
表面电荷:0
复杂度:29
同位素原子数量:0
确定原子立构中心数量:0
不确定原子立构中心数量:0
确定化学键立构中心数量:0
不确定化学键立构中心数量:0
共价键单元数量:1
分子结构数据
外摩尔折射率:20.60
摩尔体积(cm3/mol):60.8
等张比容(90.2K):179.9
表面张力(dyne/cm):76.7
极化率(10-24cm3):8.17
安全信息
健康危害
氯化亚砜属于高毒的危险化学品,具有腐蚀性和催泪性,在使用时需严格遵守安全操作规程。侵入途径为吸入、食入、皮肤吸收。其蒸气和烟雾对眼睛、黏膜、皮肤和呼吸道有强烈刺激性和腐蚀性,可引起灼伤,吸入后可因喉、支气管的痉挛、水肿而致死。中毒表现有烧灼感、咳嗽、喘息、头晕、喉炎、气短、头痛、恶心和呕吐。大鼠吸入LC50为2435 mg/m3。
急救措施
皮肤接触:立即脱去污染衣物,用大量流动清水冲洗至少15分钟,并就医。
眼睛接触:立即提起眼睑,用大量流动清水或生理盐水冲洗至少15分钟,并就医。
吸入:迅速转移至空气新鲜处,保持呼吸道通畅,必要时输氧或进行人工呼吸,并立即就医。
储存要求:必须储存于阴凉、通风的库房,温度不超过25℃,相对湿度不超过75%,并保持容器密封。应与碱类等物质分开存放。
泄露与消防处理
发生泄漏时,应立即隔离现场,应急处理人员需佩戴自给正压式呼吸器,穿防酸碱工作服。小量泄漏可用砂土或其他不燃材料吸附。
禁止用水灭火,可用二氧化碳、干砂或干石粉扑救。
安全术语
S26:In case of contact with eyes, rinse immediately with plenty of water and seek medical advice.
眼睛接触后,立即用大量水冲洗并征求医生意见。
S27:Take off immediately all contaminated clothing.
立即脱掉全部污染的衣服。
S28:After contact with skin, wash immediately with plenty of ... (to be specified by the manufacturer).
皮肤接触后,立即用大量...(由生产厂家指定)冲洗。
S36/37/39:Wear suitable protective clothing, gloves and eye/face protection.
穿戴适当的防护服、手套和眼睛/面保护。
S45:In case of accident or if you feel unwell, seek medical advice immediately (show the lable where possible).
风险术语
R14:Reacts violently with water.
与水猛烈反应。
R20/22:Harmful by inhalation and if swallowed.
吸入和吞食是有害的。
R29:Contact with water liberates toxic gas.
与水接触释放出有毒气体。
R35:Causes severe burns.
引起严重灼伤。
毒理学数据
有毒,其蒸气刺激眼睛和黏膜,液体触及皮肤能引起烧伤。
毒性比二氧化硫大,蒸气对呼吸道和眼结膜有明显的刺激作用。皮肤接触引起灼伤。工作场所最高容许浓度24.15 mg/m3(空气中)。猫吸入85 mg/m3浓度蒸气,20分钟可引起死亡。
参考资料
科普中国. 氯化亚砜.科普中国.2024-03-04
最新修订时间:2025-12-31 12:27
目录
概述
理化性质
参考资料