Pentafluoroorthotellursäure ist eine anorganische chemische Verbindung aus der Gruppe der Tellursäuren. Die Salze der Säure heißen Teflate.
Gewinnung und Darstellung Pentafluoroorthotellursäure kann durch Reaktion von Tellursäure oder Bariumorthotellurat BaH4TeO6 mit Fluorsulfonsäure gewonnen werden. Bei einem nicht unüblich hohem Überschuss an SO3 in der verwendeten Fluorsulfonsäure entsteht jedoch F5TeOSO3H, dieses kann mit einem Siedepunkt von 132,7 °C abdestilliert werden. Durch Hinzufügen von geringen Mengen konzentrierter Schwefelsäure und der darin enthaltenen Verunreinigung an H2O (wenige Prozente) kann HOTeF5 zurückgewonnen werden.
Te(OH)6 + 5 HFSO3 -> HOTeF5 + 5 H2SO4 HOTeF5 + SO3 -> F5TeOSO3H
Eine Fluorsulfonsäure-freie Synthese geht von elementaren Tellur, Chlor, Kaliumfluorid und Wasser aus. Dabei wird zunächst KOTeF5 gebildet, das mit Schwefelsäure zur Teflinsäure umgesetzt werden kann. Chlor kann in dieser Reaktion auch durch TCICA ersetzt werden.
Eigenschaften Pentafluoroorthotellursäure ist ein farbloser Feststoff. Die Verbindung erstarrt glasig-kristallin und ist über 40 °C eine leicht bewegliche, stark lichtbrechende Flüssigkeit. Sie ist gegen Glas, Quecksilber und Polyäthylen bei Zimmertemperatur beständig. Die wässrige Lösung reagiert sofort stark sauer. Qualitative Messungen der Leitfähigkeit solcher Lösungen zeigen, dass die Verbindung rasch zu Tellursäure und Flusssäure hydrolysiert. Die Verbindung reagiert mit Xenonverbindungen.
Aus struktureller Sicht weist Pentafluoroorthotellursäure einige Besonderheiten auf. Es handelt sich von der Klassifikation her um einen fast sphärischen Kreisel mit dem Tellurkern im Schwerpunkt. Je nach Isotopen-Zusammensetzung ändert sich die Einordnung von leicht prolat zu leicht oblat. Die Bindungslänge zwischen dem Sauerstoffatom und dem Telluratom ist experimentell mit Pikometer-Genauigkeit auf 1,87 Å bestimmt worden (Gasphasenstruktur). Durch die Nähe des Tellurkerns zum Massenschwerpunkt treten unintuitive quantenmechanische Effekte zu Tage – so führt für die Isotopenreihe H18O126TeF5, H18O128TeF5, H18O130TeF5 eine Massenerhöhung des Tellurkerns zu einer messbaren Verringerung des Trägheitsmomentes. Dies wird im Zusammenhang mit einer Massenabhänigkeit von Schwingungseffekten erklärt. Verwendung Pentafluoro-orthotellursäure ist die wichtigste Ausgangsverbindung für die Einführung der Pentafluoroorthotellurat-Gruppe (–OTeF5, Teflat-Gruppe) in Verbindungen von Haupt- und Nebengruppenelementen. Die Teflat-Gruppe wird häufig als sterisch anspruchsvolles Analogon des Fluorids betrachtet: Sie ist stark elektronenziehend (nach quantenchemischen Untersuchungen etwas schwächer als Fluor), oxidationsbeständig und zeigt aufgrund ihrer Größe eine deutlich geringere Neigung, als Brückenligand zu fungieren. Dadurch sind monomere Verbindungen zugänglich, deren Fluoridanaloga polymer vorliegen, etwa [Ni(OTeF5)4]2− im Vergleich zu [NiF4]2−. Zudem lassen sich ungewöhnlich hohe Oxidationsstufen stabilisieren.
Lewis- und Brønsted-Supersäuren Der Ersatz von Fluorid- durch Teflat-Liganden ist ein wirksames Konzept zur Darstellung besonders starker Lewis-Säuren. Neben dem stark elektronenziehenden Charakter der Teflat-Gruppe trägt dazu bei, dass die freien Elektronenpaare des Sauerstoffatoms weniger stark zum elektronenarmen Zentralatom zurückbinden als bei einer direkten Element-Fluor-Bindung. Als Maß für die Lewis-Acidität dient häufig die berechnete Fluoridionenaffinität (FIA); Verbindungen, deren FIA die von SbF5 (496 kJ/mol) übersteigt, gelten als Lewis-Supersäuren. Dieses Kriterium erfüllen zahlreiche Teflate, darunter B(OTeF5)3 (506 kJ/mol), As(OTeF5)5 (580 kJ/mol) und Au(OTeF5)3 (557 kJ/mol für das Monomer, 504 kJ/mol für das Dimer), jeweils deutlich stärker als die entsprechenden Fluoride. Auch Ga(OTeF5)3 ist eine Lewis-Supersäure. Für das bislang nicht dargestellte Sb(OTeF5)5 wurde mit 623 kJ/mol eine der höchsten FIA-Werte neutraler Lewis-Säuren berechnet.
Pentafluoro-orthotellursäure selbst ist eine starke Brønsted-Säure, deren Acidität zwischen der von Chlorwasserstoff und Salpetersäure liegt. In Kombination mit Teflat-Lewis-Säuren bildet sie – in Analogie zu den Systemen HF/SbF5 und HSO3F/SbF5 – konjugierte Brønsted-Lewis-Säuresysteme, die für die Aluminium- und die Galliumverbindung beschrieben sind.
Besonders gut untersucht ist das Aluminiumsystem. Al(OTeF5)3 entsteht durch Umsetzung von Trimethylaluminium oder Triethylaluminium mit Pentafluoro-orthotellursäure in n-Pentan und liegt im Festkörper als sauerstoffverbrücktes Dimer vor. Mit einer berechneten FIA von 598 kJ/mol für das Monomer zählt es zu den stärksten isolierbaren Lewis-Säuren; auch das Dimer sowie mehrere Addukte mit schwach koordinierenden Lösungsmitteln übertreffen noch SbF5. Das System HOTeF5/Al(OTeF5)3 liefert in ortho-Difluorbenzol die Brønsted-Supersäure [H(C6H4F2)][Al(OTeF5)4], mit der unter anderem Arene, weißer Phosphor (zu [P4H]+) und perhalogenierte Pyridine protoniert wurden. Wir die Brønsted-Säure in Chlormethan erzeugt, entsteht das starke Methylierungsmittel [Me2Cl][Al(OTeF5)4].
Schwach koordinierende Anionen Teflat-basierte schwach koordinierende Anionen wie [B(OTeF5)4]−, [Al(OTeF5)4]− oder [Sb(OTeF5)6]− zeichnen sich durch eine über die gesamte Fluor-Peripherie verteilte negative Ladung und eine hohe Beständigkeit gegenüber starken Oxidationsmitteln aus. Sie wurden zur Stabilisierung stark oxidierender oder reaktiver Kationen eingesetzt, etwa von Xenonium-Ionen wie [Xe(OTeF5)(SO2ClF)]+ oder von Carbokationen wie [CCl3]+ und [CBr3]+.
Einzelnachweise
Kategorie:Fluorverbindung Kategorie:Tellurverbindung Kategorie:Anorganische Säure