Nitriranje toluena: reakcijska jednadžba

Razgovarajmo o tome kako se obavlja nitracija toluena. Dobiti sličnu interakciju velikog broja poluproizvoda koji se koriste u proizvodnji eksploziva, farmaceutskih proizvoda.

Važnost nitriranja

Derivati ​​benzena u obliku aromatskih nitro spojeva proizvedeni su u suvremenoj kemijskoj industriji. Nitrobenzol je poluproizvodni proizvod u anilinu, parfemu, farmaceutskoj proizvodnji. To je izvrsno otapalo za mnoge organske spojeve, uključujući celulozni nitrit, i formiraju želatinoznu masu s njom. U naftnoj industriji se koristi kao sredstvo za čišćenje ulja za podmazivanje. Nitriranje toluena daje benzidin, anilin, aminosalicilnu kiselinu, fenilendiamin.

Karakterizacija nitriranja

Nitriranje se odlikuje uvođenjem NO2 skupine u molekulu organskog spoja. Ovisno o početnom materijalu, taj proces prolazi kroz radikalni, nukleofilni, elektrofilni mehanizam. Nitronium kationi, ioni i NO2 radikali djeluju kao aktivne čestice. Reakcija nitriranja toluena odnosi se na supstituciju. Za ostale organske tvari moguće je zamjensko nitracija, kao i vezanje dvostrukih veza.

Nitriranje toluena u aromatskoj ugljikovodičnoj molekuli provodi se pomoću nitrirajuće smjese (sumporne i dušične kiseline). Katalitička svojstva prikazana su sumpornom kiselinom koja djeluje kao sredstvo za apsorpciju vode u tom procesu.

Jednadžba procesa

Nitriranje toluena uključuje zamjenu jednog vodikovog atoma s nitro skupinom. Što izgleda shema procesa postupka?

Da bi se opisala nitracija toluena, reakcijska jednadžba može se prikazati u slijedećem obliku:

ArH + HON02 + = Ar-N02 + H20

To nam omogućuje da prosudimo samo opći tijek interakcije, ali ne otkrivamo sve značajke ovog procesa. U stvari, postoji reakcija između aromatskih ugljikovodika i proizvoda od dušične kiseline.

S obzirom da u proizvodima postoje molekule vode, to dovodi do smanjenja koncentracije dušične kiseline, tako da se nitracija toluena usporava. Kako bi se izbjegao takav problem, taj se postupak provodi pri niskim temperaturama, uz višak dušične kiseline.

Uz sulfatnu kiselinu, koriste se sredstva za dehidrataciju acetat anhidrida, polifosforne kiseline, bor trifluorid. Omogućuju smanjenje potrošnje dušične kiseline, povećavaju učinkovitost interakcije.

Nijanse procesa

Nitriranje toluena opisano je u kasnom devetnaestom stoljeću V. Markovnikov. Uspio je uspostaviti vezu između prisutnosti u reakcijskoj smjesi koncentrirana sumporna kiselina i brzinu procesa. U suvremenoj proizvodnji nitrotoluena koristi se bezvodna dušična kiselina, uzeto u nekom višku.

Osim toga, sulfoniranje i nitriranje toluena povezano je s upotrebom komponente za uklanjanje vode iz borovog fluorida. Uvođenje u reakcijski proces omogućuje smanjenje troškova dobivenog produkta, što omogućuje dostupnost nitriranja toluena. Jednadžba procesa u općem obliku prikazana je u nastavku:

ArH + HNO3 + BF3 = Ar-NO2 + BF3 middot-H20

Po završetku reakcije, uvodi se voda, pri čemu boron-fluorid monohidrat tvori dihidrat. Oddestilira se u vakuumu, zatim se doda kalcijev fluorid, vraćajući spoj u svoj izvorni oblik.

Specifičnost nitriranja

Postoje neke značajke ovog procesa povezane s izborom reagensa, reakcijskog supstrata. Razmotrimo neke njihove varijante detaljnije:

• 60-65% dušične kiseline u smjesi sa 96% sumpornom kiselinom;
• mješavina 98% dušične kiseline i koncentrirane sumporne kiseline prikladna je za niske reaktivne organske tvari;
• Kalij ili amonijev nitrat s koncentriranom sumpornom kiselinom izvrstan je izbor za proizvodnju polimernih nitro spojeva.

Kinetika nitriranja

Aromatski ugljikovodici, u interakciji s mješavinom sumpornih i dušičnih kiselina, nitriraju se ionskim mehanizmom. V. Marknovnikov je uspio opisati specifičnosti ove interakcije. Proces se nastavlja u nekoliko faza. Prvo se formira dušična kiselina, koja je disocirana u vodenoj otopini. Nitronijevi ioni reagiraju s toluenom, tvoreći nitrotoluen kao produkt. Kada se u smjesu dodaju molekule vode, proces usporava.

U otapalima s organskom prirodom - nitrometan, acetonitril, sulfolan - stvaranje ovog kationa omogućuje povećanje brzine nitriranja.

Rezultirajući nitronijev kation je vezan na jezgru aromatskog toluena, nastaje intermedijerni spoj. Nadalje, proton je odvojen, što dovodi do stvaranja nitrotoluena.

Za detaljan opis procesa u tijeku, može se razmotriti formiranje kompleksa "sigma" i "pi". Oblikovanje "sigma" kompleksa je granična faza interakcije. Brzina odziva će biti izravno povezan s brzinom dodavanja kationa nitrona na ugljikov atom u srži aromatskog spoja. Cijepanje protona iz toluena gotovo je trenutačno.

Samo u nekim situacijama mogu postojati neki zamjenski problemi povezani s značajnim primarnim kinetičkim izotopnim učinkom. To je zbog ubrzanja obrnutog procesa u prisutnosti prepreka različitih vrsta.

Kod odabira koncentrirane sumporne kiseline kao katalizatora i agensa za uklanjanje vode opaža se promjena ravnoteže procesa prema stvaranju reakcijskih produkata.

zaključak

Nitriranje toluena proizvodi nitrotoluen, koji je vrijedan proizvod kemijske industrije. To je ta tvar koja je eksplozivna tvar, tako da se tvrdi u operacijama miniranja. Među okolišnim problemima povezanim s industrijskom proizvodnjom zabilježena je upotreba značajne količine koncentrirane sumporne kiseline.

Da bi se nosili s tim problemom, kemičari traže načine da se smanji otpad sumporne kiseline koji nastaje nakon procesa nitriranja. Na primjer, postupak se provodi pri niskim temperaturama, koristeći lako regenerirajući medij. Sumporna kiselina ima snažna oksidirajuća svojstva, koja negativno utječe na koroziju metala, predstavlja povećanu opasnost za žive organizme. Ako se promatraju svi sigurnosni standardi, moguće je nositi se s tim problemima, kako bi se dobili visokokvalitetni nitro spojevi.