Mari kita bincangkan tentang cara toluena dinitratkan. Sebilangan besar produk separuh siap yang digunakan dalam pembuatan bahan letupan, farmaseutikal diperoleh melalui interaksi sedemikian.
Kepentingan penitratan
Terbitan Benzena dalam bentuk sebatian nitro aromatik dihasilkan dalam industri kimia moden. Nitrobenzene ialah produk perantaraan dalam aniline, minyak wangi, pengeluaran farmaseutikal. Ia adalah pelarut yang sangat baik untuk banyak sebatian organik, termasuk selulosa nitrit, membentuk jisim gelatin dengannya. Dalam industri petroleum, ia digunakan sebagai pembersih pelincir. Nitrasi toluena memberikan benzidin, anilin, asid aminosalicylic, phenylenediamine.
Ciri penitratan
Nitrasi dicirikan oleh pengenalan kumpulan NO2 ke dalam molekul sebatian organik. Bergantung pada bahan permulaan, proses ini berjalan mengikut mekanisme radikal, nukleofilik, elektrofilik. Kation nitronium, ion dan radikal NO2 bertindak sebagai zarah aktif. Tindak balas penitratan toluena merujuk kepada penggantian. Untuk bahan organik lainpenitratan penggantian adalah mungkin, serta penambahan melalui ikatan berganda.
Pennitratan toluena dalam molekul hidrokarbon aromatik dijalankan menggunakan campuran penitratan (asid sulfurik dan nitrik). Sifat pemangkin ditunjukkan oleh asid sulfurik, yang bertindak sebagai agen penyingkiran air dalam proses ini.
Persamaan proses
Nitrasi toluena melibatkan penggantian satu atom hidrogen dengan kumpulan nitro. Apakah rupa rajah proses?
Untuk menerangkan penitratan toluena, persamaan tindak balas boleh diwakili seperti berikut:
ArH + HONO2+=Ar-NO2 +H2 O
Ia membolehkan kami menilai hanya perjalanan umum interaksi, tetapi tidak mendedahkan semua ciri proses ini. Apa yang sebenarnya berlaku ialah tindak balas antara hidrokarbon aromatik dan produk asid nitrik.
Memandangkan terdapat molekul air dalam produk, ini membawa kepada penurunan kepekatan asid nitrik, jadi penitratan toluena menjadi perlahan. Untuk mengelakkan masalah ini, proses ini dijalankan pada suhu rendah, menggunakan asid nitrik secara berlebihan.
Selain asid sulfurik, anhidrida asetik, asid polifosforik, boron trifluorida digunakan sebagai agen penyingkiran air. Mereka memungkinkan untuk mengurangkan penggunaan asid nitrik, meningkatkan kecekapan interaksi.
Nuansa proses
Nitrasi toluena telah diterangkan pada akhir abad kesembilan belas oleh V. Markovnikov. Dia berjaya mewujudkan hubungan antara kehadiran asid sulfurik pekat dalam campuran tindak balas dan kadar proses. Dalam pengeluaran moden nitrotoluene, asid nitrik kontang digunakan, diambil secara berlebihan.
Selain itu, sulfonasi dan penitratan toluena dikaitkan dengan penggunaan komponen penyingkiran air boron fluorida yang tersedia. Pengenalannya ke dalam proses tindak balas memungkinkan untuk mengurangkan kos produk yang terhasil, yang menjadikan penitratan toluena tersedia. Persamaan proses semasa dalam bentuk umum dibentangkan di bawah:
ArH + HNO3 + BF3=Ar-NO2 + BF3 H2 O
Selepas selesai interaksi, air diperkenalkan, yang menyebabkan boron fluorida monohidrat membentuk dihidrat. Ia disuling dalam vakum, kemudian kalsium fluorida ditambah, mengembalikan sebatian kepada bentuk asalnya.
Spesifik nitrasi
Terdapat beberapa ciri proses ini berkaitan dengan pilihan reagen, substrat tindak balas. Pertimbangkan beberapa pilihan mereka dengan lebih terperinci:
- 60-65% asid nitrik dicampur dengan 96% asid sulfurik;
- campuran 98% asid nitrik dan asid sulfurik pekat sesuai untuk organik yang reaktif sedikit;
- kalium atau ammonium nitrat dengan asid sulfurik pekat ialah pilihan terbaik untuk penghasilan sebatian nitro polimer.
Kinetik Nitrasi
Hidrokarbon aromatik berinteraksi dengan campuran sulfurik danasid nitrik dinitratkan oleh mekanisme ionik. V. Markovnikov berjaya mencirikan spesifik interaksi ini. Proses itu berjalan dalam beberapa peringkat. Pertama, asid nitrosulfurik terbentuk, yang mengalami penceraian dalam larutan akueus. Ion nitronium bertindak balas dengan toluena, membentuk nitrotoluene sebagai produk. Apabila molekul air ditambahkan pada campuran, proses menjadi perlahan.
Dalam pelarut dengan sifat organik - nitromethane, acetonitrile, sulfolane - pembentukan kation ini membolehkan anda meningkatkan kadar penitratan.
Kation nitronium yang terhasil dilekatkan pada teras toluena aromatik, dan sebatian perantaraan terbentuk. Seterusnya, proton tertanggal, membawa kepada pembentukan nitrotoluene.
Untuk penerangan terperinci tentang proses yang sedang berjalan, kita boleh mempertimbangkan pembentukan kompleks "sigma" dan "pi". Pembentukan kompleks "sigma" adalah tahap pengehadan interaksi. Kadar tindak balas akan berkaitan secara langsung dengan kadar penambahan kation nitronium kepada atom karbon dalam nukleus sebatian aromatik. Penyingkiran proton daripada toluena adalah hampir serta-merta.
Hanya dalam beberapa situasi boleh terdapat sebarang masalah penggantian yang dikaitkan dengan kesan isotop kinetik primer yang ketara. Ini disebabkan oleh pecutan proses terbalik dengan kehadiran pelbagai jenis halangan.
Apabila memilih asid sulfurik pekat sebagai pemangkin dan agen penyahair, peralihan dalam keseimbangan proses ke arah pembentukan produk tindak balas diperhatikan.
Kesimpulan
Apabila toluena dinitratkan, nitrotoluene terbentuk, yang merupakan produk berharga industri kimia. Ia adalah bahan ini yang merupakan sebatian letupan, oleh itu ia adalah dalam permintaan dalam letupan. Antara masalah alam sekitar yang berkaitan dengan pengeluaran perindustriannya, kami perhatikan penggunaan sejumlah besar asid sulfurik pekat.
Untuk menangani masalah ini, ahli kimia sedang mencari cara untuk mengurangkan sisa asid sulfurik yang dihasilkan daripada proses penitratan. Sebagai contoh, proses itu dijalankan pada suhu rendah, media mudah dijana semula digunakan. Asid sulfurik mempunyai sifat pengoksidaan yang kuat, yang memberi kesan negatif kepada kakisan logam dan menimbulkan bahaya yang meningkat kepada organisma hidup. Jika semua piawaian keselamatan dipatuhi, masalah ini boleh diatasi dan sebatian nitro berkualiti tinggi boleh diperolehi.
