Waarom bindt H aan S in HSO3?

Er zijn twee verschillende vormen van ${HSO3-}$ (zie afbeelding hieronder; alle horizontale balken zijn formele $-$ tekens).

Formules voor (HSO3)-

Alleen de meest linkse van deze twee vormen kan men waterstofsulfiet noemen (of ‘bisulfiet’, als u echt aandringt); de correcte naam van de meest rechtse vorm is sulfonaat. De twee verschillen in hun chemische eigenschappen; waterstofsulfiet is bijvoorbeeld nog zuur en heeft een lone paar op zwavel, terwijl sulfonaat dat niet is.

Johansson, Lindqvist en Vannerberg uit Göteborg losten in 1980 de kristalstructuur van $

  • de bindingslengtes van $12ce{S-O}$ liggen veel dichter bij die van sulfaat dan bij die van sulfiet ($12ce{Na2SO3}$)
  • de hoek van $12ce{O-S-O}$ hoek is $113°$ en dus groter dan de tetrahedral hoek $199°$ (verwacht in sulfaat) en veel groter dan de hoek in $\ce{SO3^2-}$
  • de puntgroep van het ion is $\mathrm{C_{3v}}$, dus alle drie de oxygenen zijn gelijk.
  • Er is IR-bewijs voor een binding tussen S en H.

Hieruit leidden zij af dat $\ce{CsHSO3}$ in feite cesiumsulfonaat is en geen cesiumwaterstofsulfiet.

De eerste referentie die ik vond voor de structuur van een echt waterstofsulfiet was de kristalstructuur van cis-$\ce{}$ door Allen, Jeter, Cordes en Durham uit Arkansas in 1988. In hun structuur coördineert $\ce{HSO3-}$ met het centrale $\ce{Ru(II)}$ ion via het zwavelatoom: $\ce{x3BA}S\ce{)2]}$. Deze coördinatie is natuurlijk alleen mogelijk als er een lone paar op zwavel is, en dus moet de structuur die van een waterstofsulfiet zijn.

(In mijn inleidende scheikundeles heeft Prof. Klüfers verklaard dat de structuren voor beide vormen bekend en gepubliceerd moeten zijn. Helaas heb ik de kristalstructuur van een eenvoudig metaalwaterstofsulfiet nergens snel kunnen vinden.)

Het wordt eenvoudiger als je te maken krijgt met de esters van de overeenkomstige zuren. De waterstof op sulfonzuur kan worden vervangen door organische residuen waardoor de grote klasse van organosulfonzuren ontstaat. Sulfonische esters zijn ook mogelijk; zij hebben een organisch residu dat zowel rechtstreeks aan de zwavel (ter vervanging van het waterstofatoom) als aan een van de oxygenen is verbonden. Elk mesylaat of tosylaat (in formules: $\ce{OMs}$ of $\ce{OTs}$) is in feite een sulfonische ester. Zwavelhoudende esters komen in de organische chemie minder vaak voor, maar bestaan wel (bijv. dimethylsulfiet, $\ce{OS(OCH3)2}$). Uiteraard zijn de chemische eigenschappen van methylmesylaat ($H3C-SO2-OCH3}$) – een sulfonaat – en dimethylsulfiet wezenlijk verschillend.

Na de bespreking van $\ce{H2SO3}$ en zijn zouten is het van belang te wijzen op de verkeerde veronderstelling die u in uw vraag voorstelde:

we zien dat de $\ce{H}$ direct aan de $\ce{S}$ is gebonden en niet aan de $\ce{O}$’s, zoals in andere oxyzuren het geval zou zijn.

Dit is in het algemeen niet waar. Fosfor vertoont tenminste een soortgelijke chemie, zelfs in die mate dat “waterstoffosfietzouten” niet kunnen worden geïsoleerd en in plaats daarvan fosfonaatzouten worden geïsoleerd. (Men kan echter zowel trimethylfosfiet als dimethylmethylfosfonaat synthetiseren, de overeenkomstige fosfor- en fosfonanesters). Ik ben niet goed thuis in de oxyzuurchemie van zwaardere homologen van fosfor en zwavel, maar het zou mij ten zeerste verbazen als deze chemie daar niet op zijn minst tot op zekere hoogte wordt waargenomen.

Merk op dat de halogenen inderdaad de door u voorgestelde regel volgen: al hun oxyzuren zijn monoprotisch en bevatten slechts een enkele, zuurstofgebonden waterstof in neutrale toestand.

L.-G. Johansson, O. Lindqvist, N.-G. Vannerberg, Acta Cryst. 1980, B36, 2523. DOI: 10.1107/S0567740880009351.
L. R. Allen, D. Y. Jeter, A. W. Cordes, B. Durham, Inorg. Chem. 1988, 27, 3880. DOI: 10.1021/ic00295a003.
Verwijs naar het internetscriptum van algemene en anorganische chemie 1 (in het Duits) zoals dat van 2006 tot 2008 werd onderwezen en waarschijnlijk in 2015 opnieuw zal worden onderwezen.

(Merk op dat de artikelen hoogstwaarschijnlijk achter een paywall zitten)

Geef een antwoord

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd.