Pag-usapan natin kung paano nitrayd ang toluene. Malaking halaga ng mga semi-finished na produkto na ginagamit sa paggawa ng mga pampasabog, mga parmasyutiko ang nakukuha sa pamamagitan ng naturang pakikipag-ugnayan.
Kahalagahan ng nitration
Ang
Benzene derivatives sa anyo ng mga aromatic na nitro compound ay ginawa sa modernong industriya ng kemikal. Ang Nitrobenzene ay isang intermediate na produkto sa aniline, perfumery, pharmaceutical production. Ito ay isang mahusay na solvent para sa maraming mga organikong compound, kabilang ang cellulose nitrite, na bumubuo ng isang gelatinous mass kasama nito. Sa industriya ng petrolyo, ginagamit ito bilang panlinis ng pampadulas. Ang Nitration ng toluene ay nagbibigay ng benzidine, aniline, aminosalicylic acid, phenylenediamine.
Katangian ng nitratation
Ang
Nitration ay nailalarawan sa pamamagitan ng pagpapakilala ng NO2 group sa molekula ng isang organic compound. Depende sa panimulang sangkap, ang prosesong ito ay nagpapatuloy ayon sa isang radikal, nucleophilic, electrophilic na mekanismo. Ang mga nitronium cation, ions at NO2 radical ay kumikilos bilang mga aktibong particle. Ang reaksyon ng nitration ng toluene ay tumutukoy sa pagpapalit. Para sa iba pang mga organikong sangkapPosible ang substitutional nitration, gayundin ang pagdaragdag sa pamamagitan ng double bond.
Nitration ng toluene sa isang aromatic hydrocarbon molecule ay isinasagawa gamit ang nitrating mixture (sulfuric at nitric acids). Ang mga catalytic na katangian ay ipinapakita ng sulfuric acid, na gumaganap bilang isang ahente ng pag-alis ng tubig sa prosesong ito.
Process equation
Ang
Nitration ng toluene ay nagsasangkot ng pagpapalit ng isang hydrogen atom ng isang nitro group. Ano ang hitsura ng process diagram?
Upang mailarawan ang nitration ng toluene, ang equation ng reaksyon ay maaaring katawanin tulad ng sumusunod:
ArH + HONO2+=Ar-NO2 +H2 O
Nagbibigay-daan ito sa amin na husgahan lamang ang pangkalahatang kurso ng pakikipag-ugnayan, ngunit hindi inilalantad ang lahat ng mga tampok ng prosesong ito. Ang aktwal na nangyayari ay isang reaksyon sa pagitan ng mga aromatic hydrocarbon at mga produktong nitric acid.
Dahil may mga molekula ng tubig sa mga produkto, humahantong ito sa pagbaba sa konsentrasyon ng nitric acid, kaya bumabagal ang nitration ng toluene. Upang maiwasan ang problemang ito, ang prosesong ito ay isinasagawa sa mababang temperatura, gamit ang nitric acid nang labis.
Bilang karagdagan sa sulfuric acid, ang acetic anhydride, polyphosphoric acid, boron trifluoride ay ginagamit bilang mga ahente ng pagtanggal ng tubig. Ginagawa nilang posible na bawasan ang pagkonsumo ng nitric acid, pataasin ang kahusayan ng pakikipag-ugnayan.
Mga nuances ng proseso
Nitration ng toluene ay inilarawan sa pagtatapos ng ikalabinsiyam na siglo ni V. Markovnikov. Nagawa niyang magtatag ng isang koneksyon sa pagitan ng pagkakaroon ng puro sulfuric acid sa pinaghalong reaksyon at ang rate ng proseso. Sa modernong produksyon ng nitrotoluene, anhydrous nitric acid ang ginagamit, na kinukuha nang labis.
Sa karagdagan, ang sulfonation at nitration ng toluene ay nauugnay sa paggamit ng isang available na water-removing component ng boron fluoride. Ang pagpapakilala nito sa proseso ng reaksyon ay ginagawang posible na bawasan ang halaga ng nagresultang produkto, na ginagawang magagamit ang nitration ng toluene. Ang equation ng kasalukuyang proseso sa pangkalahatang anyo ay ipinakita sa ibaba:
ArH + HNO3 + BF3=Ar-NO2 + BF3 H2 O
Pagkatapos ng pakikipag-ugnayan, ang tubig ay ipinapasok, dahil sa kung saan ang boron fluoride monohydrate ay bumubuo ng isang dihydrate. Ito ay distilled off sa isang vacuum, pagkatapos ay idinagdag ang calcium fluoride, na ibabalik ang compound sa orihinal nitong anyo.
Mga detalye ng nitratation
May ilang mga tampok ng prosesong ito na nauugnay sa pagpili ng mga reagents, reaksyon substrate. Isaalang-alang ang ilan sa kanilang mga opsyon nang mas detalyado:
- 60-65% nitric acid na may halong 96% sulfuric acid;
- mixture ng 98% nitric acid at concentrated sulfuric acid ay angkop para sa bahagyang reactive organics;
- potassium o ammonium nitrate na may concentrated sulfuric acid ay isang mahusay na pagpipilian para sa paggawa ng mga polymeric nitro compound.
Ang
Nitration kinetics
Aromatic hydrocarbons na nakikipag-ugnayan sa pinaghalong sulfuric atAng mga nitric acid ay nitrayd ng ionic na mekanismo. Nagawa ni V. Markovnikov na makilala ang mga detalye ng pakikipag-ugnayan na ito. Ang proseso ay nagpapatuloy sa maraming yugto. Una, nabuo ang nitrosulfuric acid, na sumasailalim sa dissociation sa isang may tubig na solusyon. Ang mga nitronium ions ay tumutugon sa toluene, na bumubuo ng nitrotoluene bilang isang produkto. Kapag ang mga molekula ng tubig ay idinagdag sa pinaghalong, bumagal ang proseso.
Sa mga solvent na may organic na kalikasan - nitromethane, acetonitrile, sulfolane - ang pagbuo ng cation na ito ay nagbibigay-daan sa iyo na mapataas ang rate ng nitration.
Ang resultang nitronium cation ay nakakabit sa core ng aromatic toluene, at nabuo ang isang intermediate compound. Susunod, humiwalay ang isang proton, na humahantong sa pagbuo ng nitrotoluene.
Para sa isang detalyadong paglalarawan ng patuloy na proseso, maaari naming isaalang-alang ang pagbuo ng mga "sigma" at "pi" complex. Ang pagbuo ng "sigma" complex ay ang paglilimita sa yugto ng pakikipag-ugnayan. Ang rate ng reaksyon ay direktang nauugnay sa rate ng pagdaragdag ng nitronium cation sa carbon atom sa nucleus ng aromatic compound. Ang pag-aalis ng isang proton mula sa toluene ay halos madalian.
Tanging sa ilang sitwasyon ay maaaring magkaroon ng anumang mga problema sa pagpapalit na nauugnay sa isang makabuluhang pangunahing kinetic isotope effect. Ito ay dahil sa pagbilis ng baliktad na proseso sa pagkakaroon ng iba't ibang uri ng mga hadlang.
Kapag pumipili ng concentrated sulfuric acid bilang isang catalyst at dewatering agent, ang pagbabago sa equilibrium ng proseso patungo sa pagbuo ng mga produkto ng reaksyon ay sinusunod.
Konklusyon
Kapag ang toluene ay nitrayd, ang nitrotoluene ay nabuo, na isang mahalagang produkto ng industriya ng kemikal. Ang sangkap na ito ay isang paputok na tambalan, samakatuwid ito ay hinihiling sa pagsabog. Kabilang sa mga problema sa kapaligiran na nauugnay sa pang-industriyang produksyon nito, napapansin namin ang paggamit ng malaking halaga ng concentrated sulfuric acid.
Upang harapin ang problemang ito, ang mga chemist ay naghahanap ng mga paraan upang mabawasan ang sulfuric acid waste na nabuo mula sa proseso ng nitration. Halimbawa, ang proseso ay isinasagawa sa mababang temperatura, ang madaling regenerated na media ay ginagamit. Ang sulfuric acid ay may malakas na mga katangian ng oxidizing, na negatibong nakakaapekto sa kaagnasan ng mga metal at nagdudulot ng mas mataas na panganib sa mga nabubuhay na organismo. Kung susundin ang lahat ng mga pamantayan sa kaligtasan, maaaring harapin ang mga problemang ito at makukuha ang mga de-kalidad na nitro compound.
