硫黄化合物
硫黄原子を含む化合物

硫黄化合物は、硫黄（S）元素から形成される化合物です。硫黄の一般的な酸化数は-2から+6の範囲です。硫黄は、希ガスを除くすべての元素と安定な化合物を形成します。

電子移動反応

ラピスラズリの青い色は、三硫黄ラジカルアニオン（S−
3）

硫黄ポリカチオンであるS 8 2+、S 4 2+、S 16 2+は、硫黄が強酸性溶液中で酸化剤と反応すると生成される。[1]硫黄を発煙硫酸に溶解して生成される着色溶液は、1804年にCF Bucholzによって初めて報告されたが、その色の原因とポリカチオンの構造が解明されたのは1960年代後半になってからである。S 8 2+は濃い青、S 4 2+は黄色、S 16 2+は赤色である。[2]

硫黄を還元すると、 S x 2-という化学式で表される様々な多硫化物が得られ、その多くは結晶の形で得られる。例として四硫化ナトリウムの生成が挙げられる。

4 Na + S 8 → 2 Na 2 S 4

これらのジアニオンの一部は解離してラジカルアニオンを形成します。たとえば、S 3 −は岩石ラピスラズリの青色を与えます。

単層カーボンナノチューブ（CNT）内部に成長した2本の平行硫黄鎖（a）。二層CNT内部のジグザグ型（b）および直線型（c）のS鎖[3]

この反応は、硫黄の独特な性質、すなわち鎖を形成することで硫黄自身に結合する能力を浮き彫りにしています。これらのポリスルフィドアニオンのプロトン化により、ポリスルファン（H 2 S x、x = 2、3、4）が生成されます。 [4]最終的に、硫黄の還元により硫化物塩が生成されます。

16 Na + S 8 → 8 Na 2 S

これらの種の相互変換はナトリウム-硫黄電池で利用されています。

硫化水素

硫黄を水素で処理すると硫化水素が得られる。水に溶解すると硫化水素は弱酸性となる。[5]

H 2 S ⇌ HS − + H +

硫化水素ガスと硫化水素アニオンは、シアン化物やアジ化物と同様にヘモグロビンと特定のシトクロムの酸素運搬能力を阻害するため、哺乳類にとって極めて有毒です。

酸化物

2 つの主要な硫黄酸化物は硫黄を燃焼させることによって得られます。

S + O 2 → SO 2 (二酸化硫黄)
2 SO 2 + O 2 → 2 SO 3 (三酸化硫黄)

硫黄を多く含む酸化物としては、一酸化硫黄、一酸化二硫黄、二酸化二硫黄、およびペルオキソ基を含む 高級酸化物など、他の多くの硫黄酸化物が観察されています。

ハロゲン化物

硫黄はフッ素と反応して、反応性の高い四フッ化硫黄と不活性な六フッ化硫黄を生成します。[6]フッ素はS(IV)およびS(VI)化合物を与えますが、塩素はS(II)およびS(I)誘導体を与えます。したがって、二塩化硫黄、二塩化二硫黄、および高級クロロスルファンは、硫黄の塩素化によって生成されます。 塩化スルフリルとクロロ硫酸は硫酸の誘導体であり、塩化チオニル（SOCl 2 ）は有機合成において一般的な試薬です。[7]ハロゲン化硫黄は、様々な金属錯体の前駆体です。[8]

擬ハロゲン化物

硫黄はシアン化物と亜硫酸塩を酸化して、それぞれチオシアン酸塩とチオ硫酸塩を生成します。

金属硫化物

硫黄は多くの金属と反応します。電気陽性金属は多硫化物塩を形成します。銅、亜鉛、銀は硫黄によって変色します。多くの金属硫化物が知られていますが、そのほとんどは元素の高温反応によって生成されます。[9]硫化鉱物は硫化物（S 2-）または二硫化物（S 2 2- ）陰イオンを含みます。代表的な例は以下のとおりです。

有機化合物

硫黄含有有機化合物の主なクラスには以下のものがある：[10]

炭素-硫黄多重結合を持つ化合物は稀ですが、例外として二硫化炭素があります。これは揮発性の無色の液体で、構造的には二酸化炭素に類似しています。二硫化炭素は、ポリマーレーヨンや多くの有機硫黄化合物の製造試薬として使用されます。一酸化炭素とは異なり、一硫化炭素は太陽系間に存在する極めて希薄なガスとしてのみ安定です。[11]

有機硫黄化合物は、腐敗した有機物から発生する不快な臭いの一部の原因物質です。家庭用天然ガス、ニンニク臭、スカンクの臭いとして広く知られています。すべての有機硫黄化合物があらゆる濃度で不快な臭いを発するわけではありません。硫黄含有モノテルペノイド（グレープフルーツメルカプタン）は、低濃度ではグレープフルーツ特有の香りを発しますが、高濃度では一般的なチオール臭を発します。強力な発疹剤である硫黄マスタードは、第一次世界大戦で無力化剤として使用されました。[12]

硫黄-硫黄結合はゴムを硬化させる構造要素であり、タンパク質を固めるジスルフィド結合に似ています（下記の生物学用語を参照）。天然ゴムの工業的「硬化」、つまり硬化・強化の最も一般的な方法は、元素硫黄をゴムと共に加熱し、化学反応によってポリマーのイソプレン単位間にジスルフィド結合を形成することです。1843年に特許を取得したこのプロセスにより、ゴムは主要な工業製品となり、特に自動車タイヤに利用されるようになりました。このプロセスは、熱と硫黄の使用から、ローマ神話の鍛冶と火山活動の神にちなんで「加硫」と名付けられました。

参照

参考文献

  1. ^ シュライバー、アトキンス著『無機化学 第5版』WHフリーマン・アンド・カンパニー、ニューヨーク、2010年、416頁
  2. ^ Greenwood, Norman N. ; Earnshaw, Alan (1997). Chemistry of the Elements (第2版). Butterworth-Heinemann . pp.  645– 665. doi :10.1016/C2009-0-30414-6. ISBN 978-0-08-037941-8。
  3. ^ 藤森俊彦;モレロス＝ゴメス、アーロン。朱、鎮。村松 裕之二村竜介；瓜田弘毅テロンズ、マウリシオ。林拓也；遠藤守信；ヨンホン・サン;チョル・チェ・ヤング;デビッド・トマネク。金子勝己（2013） 「カーボンナノチューブ内部の硫黄の直鎖を伝導する」。ネイチャーコミュニケーションズ。4 : 2162。ビブコード:2013NatCo...4.2162F。土井：10.1038/ncomms3162。PMC 3717502。PMID  23851903。 
  4. ^ 無機化学ハンドブック、第2版、G. Brauer編、Academic Press、1963年、NY、第1巻、p.421。
  5. ^ Greenwood, NN; & Earnshaw, A. (1997). 『元素化学』（第2版）, Oxford:Butterworth-Heinemann. ISBN 0-7506-3365-4。
  6. ^ Hasek, WR (1961). 「1,1,1-トリフルオロヘプタン」.有機合成. 41 : 104. doi :10.1002/0471264180.os041.28。
  7. ^ Rutenberg, MW; Horning, EC (1950). 「1-メチル-3-エチルオキシインドール」.有機合成. 30:62 . doi :10.15227/orgsyn.030.0062。
  8. ^ Dirican, Dilcan; Pfister, Nils; Wozniak, Martin; Braun, Thomas (2020-06-02). 「二元および三元ハロゲン化硫黄の遷移金属化合物に対する反応性」. Chemistry – A European Journal . 26 (31): 6945– 6963. doi :10.1002/chem.201904493. ISSN  0947-6539. PMC 7318666. PMID 31840851  . 
  9. ^ Vaughan, David J.; Craig, James R. (1978).金属硫化物の鉱物化学. Cambridge Earth Science Series. Cambridge London New York [etc.]: Cambridge University Press. ISBN 978-0-521-21489-6。
  10. ^ Cremlyn RJ (1996). 『有機硫黄化学入門』 チチェスター: John Wiley and Sons. ISBN 0-471-95512-4。
  11. ^ Wilson, RW ; Penzias, AA ; Wannier, PG; Linke, RA (1976年3月15日). 「星間一硫化炭素の同位体存在比」. Astrophysical Journal . 204 : L135 – L137 . Bibcode :1976ApJ...204L.135W. doi : 10.1086/182072 .
  12. ^ バヌーブ、ジョセフ (2011).バイオテロ防止のための生物学的因子の検出. NATO平和と安全保障のための科学シリーズA：化学と生物学. p. 183. Bibcode :2011dbap.book.....B. doi :10.1007/978-90-481-9815-3. ISBN 978-90-481-9815-3. OCLC  697506461.
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