トリフルオロメタンスルホン酸
トリフルオロメタンスルホン酸（trifluoromethanesulfonic acid）は、フッ素を含む有機スルホン酸の一種です。その化学構造に含まれるフッ素原子の高い電気陰性度により、プロトンを非常に放出しやすく、純硫酸と比較して約1000倍という極めて強力な酸性を示します。この突出した酸性度から、超強酸の一つに数えられています。一般にトリフリック酸（triflic acid）とも呼ばれ、有機合成反応において酸触媒として重要な役割を果たします。構造式中のトリフルオロメチルスルホニル基（CF3SO2−）はTfと略記されることが多く、トリフルオロメタンスルホン酸自体もTfOHと略されることがあります。その強力な性質のため、日本の毒物及び劇物取締法においては劇物に指定されており、取り扱いには十分な注意が必要です。
性質
本物質は常温では無色の液体です。強い吸湿性を持っており、湿った空気中に放置すると発煙を伴い、刺激的な臭気を放ちます。多くの金属に対して腐食性を示します。水との混合時には激しい発熱を伴って溶解し、アルコール類、ジメチルホルムアミド（DMF）、ジメチルスルホキシド（DMSO）、アセトニトリル、ジメチルスルホンといった極性溶媒とも同様に発熱を伴って容易に混和します。一水和物（CF3SO3H･H2O）は融点が34℃のイオン結晶（H3O+･CF3SO3−）として存在します。この一水和物の性質は過塩素酸の一水和物と類似する点が多いですが、トリフルオロメタンスルホン酸自体には爆発性がなく、またフルオロ硫酸のように容易に加水分解することもないため、超強酸としては非常に安定であり、その安定性が幅広い応用を可能にしています。酸解離定数（pKa）はアセトニトリル中で2.6、ハメットの酸度関数（H0）は-14.6という値が報告されており、これは100%硫酸の酸度関数を大きく下回る（強い酸性を示す）値です。
安定性
トリフルオロメタンスルホン酸、およびその共役塩基であるトリフラートアニオン（CF3SO3−、通称トリフラート）は、化学的にも熱的にも極めて安定な構造を持っています。この安定性は、この酸の大きな特長の一つです。例えば、トリフルオロメタンスルホン酸は酸化剤や還元剤としての性質をほとんど示しません。過塩素酸や硝酸のような一般的な強酸とは異なり、自身が酸化反応を引き起こす能力は非常に低いと言えます。また、求核剤に対しても安定であり、他のスルホン酸に見られるような求核置換反応やスルホン化反応も起こしにくい性質を持ちます。一方、その共役塩基であるトリフラートアニオンも同様に非常に安定です。還元性や求核性がほとんどないため、化学反応において他の成分と余計な反応をすることなく、反応系のカウンターアニオン（対アニオン）として理想的な性質を示します。この優れた安定性ゆえに、トリフラートアニオンは様々なカチオン種を安定化させるために利用されています。
合成法
トリフルオロメタンスルホン酸は、1954年にHaszeldineとKiddによって初めて合成されました。彼らは二硫化炭素とトリフルオロヨードメタンを原料とする手法を用いてこの酸を得ました。その後の研究により、メチルトリフルオロメチルスルフィドを電気化学的に酸化する方法や、メタンスルホン酸をフッ素化する方法など、他の合成経路も開発されています。
無機反応
トリフルオロメタンスルホン酸は、金属の炭酸塩や水酸化物と反応すると、発熱を伴って対応するトリフルオロメタンスルホン酸塩を生成します。例えば、炭酸銅(II)との反応では、トリフルオロメタンスルホン酸銅(II)が生成します。
CuCO3 + 2CF3SO3H -> Cu(O3SCF3)2 + H2O + CO2
また、特定の配位化合物の対アニオンを交換する反応にも利用されます。例えば、ペンタアンミンクロロ[コバルト]塩化物から、トリフルオロメタンスルホン酸を溶媒として用いることで、対アニオンをトリフラートアニオンに置き換える反応が行われます。この反応は100℃で進行し、反応後にジエチルエーテルを加えることで目的生成物が沈殿として得られます。
3 CF3SO3H + Co(NH3)5Cl]Cl2 -> [Co(NH3)5O3SCF32 + 3 HCl
有機反応
有機合成においては、トリフルオロメタンスルホン酸は特に強力な酸触媒として、あるいは反応中間体を生成するための試薬として用いられます。一例として、カルボン酸ハロゲン化物と反応させることで、非常に強力なアシル化剤である混合酸無水物を生成します。
CH3C(O)Cl + CF3SO3H -> CH3C(O)OSO2CF3 + HCl
この混合酸無水物は、芳香族化合物に対するフリーデル・クラフツ反応の基質として非常に有効です。例えば、ベンゼンと反応させることでアセトフェノンを生成します。
CH3C(O)OSO2CF3 + C6H6 -> CH3C(O)C6H5 + CF3SO3H
このフリーデル・クラフツ反応は自己触媒的に進行する性質を持っています。系中で発生したトリフルオロメタンスルホン酸が、さらに別の混合酸無水物分子を活性化させ、芳香族環への攻撃を促進するため、効率的に反応が進みます。
トリフルオロメチルスルホニル基
トリフルオロメタンスルホン酸からヒドロキシ基（-OH）が取り除かれた残りの部分は、トリフルオロメチルスルホニル基（trifluoromethylsulfonyl group）と呼ばれ、化学式はCF3S(=O)2-で表されます。この基はしばしば「トリフリル基（triflyl group）」とも称され、Tfという略号が用いられます。トリフリル基は非常に強い電子求引性を持つ官能基であり、他の原子団に結合した場合、その電子密度を強く引きつける働きをします。この強い電子求引性は、トリフラートアニオンの安定性にも寄与しています。
性質
本物質は常温では無色の液体です。強い吸湿性を持っており、湿った空気中に放置すると発煙を伴い、刺激的な臭気を放ちます。多くの金属に対して腐食性を示します。水との混合時には激しい発熱を伴って溶解し、アルコール類、ジメチルホルムアミド（DMF）、ジメチルスルホキシド（DMSO）、アセトニトリル、ジメチルスルホンといった極性溶媒とも同様に発熱を伴って容易に混和します。一水和物（CF3SO3H･H2O）は融点が34℃のイオン結晶（H3O+･CF3SO3−）として存在します。この一水和物の性質は過塩素酸の一水和物と類似する点が多いですが、トリフルオロメタンスルホン酸自体には爆発性がなく、またフルオロ硫酸のように容易に加水分解することもないため、超強酸としては非常に安定であり、その安定性が幅広い応用を可能にしています。酸解離定数（pKa）はアセトニトリル中で2.6、ハメットの酸度関数（H0）は-14.6という値が報告されており、これは100%硫酸の酸度関数を大きく下回る（強い酸性を示す）値です。
安定性
トリフルオロメタンスルホン酸、およびその共役塩基であるトリフラートアニオン（CF3SO3−、通称トリフラート）は、化学的にも熱的にも極めて安定な構造を持っています。この安定性は、この酸の大きな特長の一つです。例えば、トリフルオロメタンスルホン酸は酸化剤や還元剤としての性質をほとんど示しません。過塩素酸や硝酸のような一般的な強酸とは異なり、自身が酸化反応を引き起こす能力は非常に低いと言えます。また、求核剤に対しても安定であり、他のスルホン酸に見られるような求核置換反応やスルホン化反応も起こしにくい性質を持ちます。一方、その共役塩基であるトリフラートアニオンも同様に非常に安定です。還元性や求核性がほとんどないため、化学反応において他の成分と余計な反応をすることなく、反応系のカウンターアニオン（対アニオン）として理想的な性質を示します。この優れた安定性ゆえに、トリフラートアニオンは様々なカチオン種を安定化させるために利用されています。
合成法
トリフルオロメタンスルホン酸は、1954年にHaszeldineとKiddによって初めて合成されました。彼らは二硫化炭素とトリフルオロヨードメタンを原料とする手法を用いてこの酸を得ました。その後の研究により、メチルトリフルオロメチルスルフィドを電気化学的に酸化する方法や、メタンスルホン酸をフッ素化する方法など、他の合成経路も開発されています。
無機反応
トリフルオロメタンスルホン酸は、金属の炭酸塩や水酸化物と反応すると、発熱を伴って対応するトリフルオロメタンスルホン酸塩を生成します。例えば、炭酸銅(II)との反応では、トリフルオロメタンスルホン酸銅(II)が生成します。
CuCO3 + 2CF3SO3H -> Cu(O3SCF3)2 + H2O + CO2
また、特定の配位化合物の対アニオンを交換する反応にも利用されます。例えば、ペンタアンミンクロロ[コバルト]塩化物から、トリフルオロメタンスルホン酸を溶媒として用いることで、対アニオンをトリフラートアニオンに置き換える反応が行われます。この反応は100℃で進行し、反応後にジエチルエーテルを加えることで目的生成物が沈殿として得られます。
3 CF3SO3H + Co(NH3)5Cl]Cl2 -> [Co(NH3)5O3SCF32 + 3 HCl
有機反応
有機合成においては、トリフルオロメタンスルホン酸は特に強力な酸触媒として、あるいは反応中間体を生成するための試薬として用いられます。一例として、カルボン酸ハロゲン化物と反応させることで、非常に強力なアシル化剤である混合酸無水物を生成します。
CH3C(O)Cl + CF3SO3H -> CH3C(O)OSO2CF3 + HCl
この混合酸無水物は、芳香族化合物に対するフリーデル・クラフツ反応の基質として非常に有効です。例えば、ベンゼンと反応させることでアセトフェノンを生成します。
CH3C(O)OSO2CF3 + C6H6 -> CH3C(O)C6H5 + CF3SO3H
このフリーデル・クラフツ反応は自己触媒的に進行する性質を持っています。系中で発生したトリフルオロメタンスルホン酸が、さらに別の混合酸無水物分子を活性化させ、芳香族環への攻撃を促進するため、効率的に反応が進みます。
トリフルオロメチルスルホニル基
トリフルオロメタンスルホン酸からヒドロキシ基（-OH）が取り除かれた残りの部分は、トリフルオロメチルスルホニル基（trifluoromethylsulfonyl group）と呼ばれ、化学式はCF3S(=O)2-で表されます。この基はしばしば「トリフリル基（triflyl group）」とも称され、Tfという略号が用いられます。トリフリル基は非常に強い電子求引性を持つ官能基であり、他の原子団に結合した場合、その電子密度を強く引きつける働きをします。この強い電子求引性は、トリフラートアニオンの安定性にも寄与しています。
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