# Acide trifluorométhanesulfonique

L'acide trifluorométhanesulfonique, ou acide triflique, abrégé TfOH, est un acide sulfonique de formule CF$_3$SO$_3$H. Il est parfois considéré comme un des plus puissants acides, et fait partie de ceux qualifiés de superacides. Il est essentiellement utilisé en chimie organique comme catalyseur en recherche dans des réactions d'estérification$^,$. Base conjuguée d'un acide fort, l'anion trifluorométhanesulfonate CF$_3$SO$_3$$^−$, ou triflate, est particulièrement stable. L'acide trifluorométhanesulfonique est utilisé de diverses manières en chimie organique, le groupe triflate intervient souvent comme groupe partant et ses sels sont utilisés comme catalyseurs. Dans les publications spécialisées, l'abréviation « OTf » est principalement utilisée pour le groupe triflate –OSO$_2$CF$_3$ tandis que l'abréviation « Tf » désigne le groupe trifluorométhanesulfonyle –SO$_2$CF$_3$, également appelé groupe triflyle.

## Propriétés

L'acide triflique est un liquide hygroscopique incolore et légèrement visqueux à température ambiante. Il est soluble dans les solvants polaires tels que le N,N-diméthylformamide (DMF), le diméthylsulfoxyde (DMSO), l'acétonitrile ou encore le méthyl-sulfonyl-méthane (MSM, ou diméthylsulfone). Cependant, son addition à ces solvants polaires peut être dangereusement exothermique.
Au laboratoire, l'acide triflique est utile pour réaliser des protonations car sa base conjuguée est non nucléophile. Il est utilisé également pour le titrage acido-basique non aqueux car il se comporte comme un acide fort dans de nombreux solvants comme l'acétonitrile et l'acide acétique alors que des acides minéraux courants tels que l'acide chlorhydrique HCl et l'acide sulfurique H$_2$SO$_4$ ne sont que modérément forts.
Avec un K$_a$ égal à 5,0 × 10$^{14}$, d'où un pK$_a$ = −14,7 ± 2,0, l'acide triflique est un superacide. Il doit ses propriétés utiles à sa grande stabilité thermique et chimique. L'acide et sa base conjuguée CF$_3$SO$_3$$^−$ (triflate) résistent aux réactions d'oxydoréduction, alors que de nombreux acides forts sont oxydants, comme l'acide perchlorique HClO$_4$ et l'acide nitrique HNO$_3$. L'anion triflate est non réactif aux attaques de nucléophiles, même puissants. En raison de sa résistance à l'oxydation et à la réduction, l'acide triflique constitue un réactif à la fois utile et multi-usages. De plus, il ne sulfonate pas les substrats, ce qui peut constituer un avantage par rapport à l'acide sulfurique H$_2$SO$_4$, l'acide fluorosulfurique HSO$_3$F et l'acide chlorosulfurique HSO$_3$Cl ; la sulfonation du benzène en acide benzènesulfonique est possible par exemple avec l'acide sulfurique mais pas avec l'acide triflique :
    C$_6$H$_6$ + H$_2$SO$_4$ ⟶ C$_6$H$_5$SO$_3$H + H$_2$O.
L'acide triflique fume dans un air humide et forme un monohydrate solide stable CF$_3$SO$_3$H·H$_2$O dont le point de fusion vaut 34 °C.

## Historique et synthèses

L'acide trifluorométhanesulfonique a été préparé pour la première fois en 1954 par la réaction suivante$^,$ :
La synthèse industrielle implique l'hydrolyse de fluorure de triflyle CF$_3$SO$_2$F suivie d'une acidification. L'acide triflique peut également être produit par oxydation de chlorure de trifluorométhylsulfényle CF$_3$SCl :
    CF$_3$SCl + 2 Cl$_2$ + 3 H$_2$O ⟶ CF$_3$SO$_3$H + 5 HCl.
L'acide triflique est ensuite purifié par distillation avec une faible quantité d'anhydride triflique (CF$_3$SO$_2$)$_2$O.
Une voie alternative de synthèse de l'acide triflique est la fluoration électrochimique (ECF) :
Une autre solution est également l'oxydation du sulfure de trifluorométhyle méthyle CF$_3$SCH$_3$ :
La production industrielle de l'acide triflique fait intervenir la fluoration électrochimique de chlorure de méthanesulfonyle CH$_3$SO$_2$Cl. Cette procédure est coûteuse de sorte qu'on en recherche des alternatives. Il est par exemple possible de produire de l'acide triflique à partir de trifluorométhane CHF$_3$ dans une solution fortement acide ou fortement basique. Il s'agit d'une réaction radicalaire, par exemple avec le trioxyde de soufre SO$_3$ ou le chlorure de sulfuryle SO$_2$Cl$_2$. Les rendements restent cependant assez faibles.

## Utilisations
### Sels et complexes

Le ligand triflate −SO$_2$CF$_3$ est labile, ce qui reflète sa faible basicité. L'acide triflique réagit de manière exothermique avec les carbonates, d'hydroxydes et d'oxydes de métaux. Ceci peut être illustré par la synthèse du triflate de cuivre(II) (en) Cu(OSO$_2$CF$_3$)$_2$ :
    Cu$_2$CO$_3$(OH)$_2$ (en) + 4 CF$_3$SO$_3$H ⟶ 2 Cu(OSO$_2$CF$_3$)$_2$ (en) + 3 H$_2$O + CO$_2$.
La conversion de chlorures en triflates offre des perspectives intéressantes, comme la production de [Co(NH$_3$)$_5$OSO$_2$CF$_3$]$^{2+}$ :
    3 CF$_3$SO$_3$H + [Co(NH$_3$)$_5$Cl]Cl$_2$ ⟶ [Co(NH$_3$)$_5$OSO$_2$CF$_3$](OSO$_2$CF$_3$)$_2$ + 3 HCl.
Cette conversion est réalisée dans l'acide triflique pur à 100 °C suivie par la précipitation du sel par addition d'éther.

### Réactions organiques

L'acide triflique réagit avec les halogénures d'acyles pour donner des anhydrides mixtes, lesquels sont des agents puissants d'acylation, comme dans la réaction de Friedel-Crafts :
    CH$_3$C(O)Cl + CF$_3$SO$_3$H ⟶ CH$_3$C(O)OSO$_2$CF$_3$ + HCl ;
    CH$_3$C(O)OSO$_2$CF$_3$ + C$_6$H$_6$ ⟶ CH$_3$C(O)C$_6$H$_5$ + CF$_3$SO$_3$H.
L'acide triflique catalyse la réaction des composés aromatiques avec les chlorures de sulfonyle, probablement aussi par l'intermédiaire d'un anhydride mixte.
Une réaction très similaire existe si l'on souhaite effectuer une polymérisation avec une synthèse utilisant l'acide triflique. Il existe d'autres réactions de type Friedel-Crafts utilisant l'acide triflique comme le craquage des alcanes ou l'alkylation des alcènes, très importantes dans l'industrie pétrolière. Ces catalyseurs dérivés de l'acide triflique sont très efficaces dans l'isomérisation d'hydrocarbures à chaînes droites ou faiblement ramifiées, accroissant de fait l'indice d'octane de carburants pétroliers particuliers.
L'acide triflique réagit exothermiquement avec les alcools pour produire des éthers et des oléfines. Il peut être utilisé comme catalyseur pour la condensation des alcools et des acides carboxyliques.