Лабораторна робота "Нітрування аренів нитруючою сумішшю" - Хімія та технологія основного органічного і нафтохімічного синтезу

Ароматичні нітросполуки представляють великий інтерес у промисловій технології проміжних продуктів, тому що вони використовуються у виробництві барвників, отрутохімікатів, вибухових речовин, лікарських речовин і ін.

Реакція нітрування необоротна і сумарно записується

Реакційна вода розбавляє азотну кислоту, уповільнюючи процес і підвищуючи її оксидаційну активність. Тому нітрування найчастіше в промисловості проводять сумішшю сірчаної й азотної кислот. Остання є каталізатором, водовіднімаючим засобом і зменшує оксидаційну дію. Головним агентом є іон нітронія.

Реакційна спроможність бензолу відносно невелика, а в його алкілзаміщених вона істотно вище - толуол нітрується приблизно в 25 разів швидше. З іншого боку, хлорбензол нітрується в тих же умовах приблизно в 8 разів повільніше, ніж бензол. Умови нітрування підбирають відповідно активності вихідної сировини.

Заступники в бензольному ядрі визначають переважне місце входження нітрогрупи.

Реакція дуже екзотермічна (приблизно 150 КДж/моль на одну нітрогрупу). Тепловий ефект процесу додатково зростає через розведення суміші реакційною водою. Тому контроль температури надзвичайно важливий.

Упорядкування нітруючої суміші

Її кількість визначається кількістю толуолу, що нітрується. Зручно прийняти 0.15 моль. Для одержання мононітропохідних азотну кислоту беруть у мольном відношенні 1:1 (у розрахунку на 100%-ну HNO3). Кількість сірчаної кислоти підбирають так, щоб одержати нітруючу суміш із фактором нітруючої активності (Ф. Н.А.) у межах 68...71 (за завданням).

Звичайно використовують міцну азотну кислоту (56-70% мас.) і концентровану сірчану кислоту (92-98 % мас.).

Перевіривши масові долі наявних вихідних кислот, розраховують їхні необхідні об'єми в мл.

Змішують кислоти під тягою, доливаючи до міцної азотної кислоти невеличкими порціями при перемішуванні концентровану сірчану кислоту.

(1)

Де - масова доля кислоти в нітруючій суміші, (%).

Проведення експерименту

Даний синтез проводять у витяжній шафі!

У трьохгорлу колбу місткістю 100 мл, яка обладнана мішалкою, краплинною лійкою і термометром поміщають 0.13 моля толуолу. При працюючій мішалці повільно, протягом 0.5 - 1 години, додають приготовлену нітруючу суміш, підтримуючи задану температуру 25 - 45 0С за допомогою водяної бані.

Після додання всієї суміші, перемішування продовжують ще 1 годину при тієї ж температурі.

Охолоджену суміш переносять у ділильну лійку. Нижній шар (відпрацьовану суміш кислот) виливають у каналізацію, обов'язково розбавляючи великою кількістю холодної води. Верхній шар відокремлюють і промивають спочатку холодною водою, потім 10%-ним розчином NaOH і знову водою до нейтральної реакції. Нижній маслянистий шар сушать гранульованим CaCl2 доки рідина не стане прозорою. Можна використовувати прожарені Na2SO4, MgSO4.

Визначення вмісту нітротолуолу

Аналіз заснований на відновленні нітропохідних до аміну і наступному його діазотуванні.

Навіску суміші (приблизно 1 г) зважують із точністю до 0.01 г у конічній колбі місткістю 250 мл. Навіску розчиняють у суміші 40 мл 80%-ної оцтової кислоти і 20 мл концентрованої соляної кислоти. Додавши 5 г цинкового порошку, колбу з'єднують з зворотним водяним холодильником і суміш нагрівають 15 хв. Потім кип'ятять ще 15 хв. Розчин прохолоджують і фільтрують на лійці Бюхнера. Фільтрат і промивні води зливають у мірну колбу місткістю 250 мл, доводять до мітки дистильованою водою і перемішують.

Відбирають 80 мл розчину і титрують 0.1 н розчином NaNO2. Кінець діазотування визначають по йодкрохмальному папері. Краплю суміші наносять на папір скляною паличкою через 3 хвилини після додатка останньої порції NaNO2 і енергійного перемішування. Перше титрування дає приблизний результат. Друге виконується набагато швидше і точніше. Паралельно ставлять контрольний експеримент для визначення чутливості йодкрохмального паперу. Для цього в стакан наливають усі реактиви в такій же кількості, як зазначено в методиці, за винятком аналізованого продукту і титрують (по краплях) тим же розчином до появи характерного посиніння йодкрохмального паперу.

Масову доля нітротолуолу (%) у суміші обчислюють за рівнянням

(2)

Де V1 - об'єм 0.1 н розчину NaNO2, що витрачено на титрування, мл; V2 - об'єм розчину, витрачений у контрольному експерименті, 0.0137 - кількість нітротолуолу, що відповідає 1 мл 0.1 н розчину NaNO2, г; m - маса навіски суміші, г.

Результатіи роботи оформляють у виді таблиць 1, 2, 3.

Таблиця 3 Нітруюча суміш

Чисті компоненти

Маса, г

Мас. доля, %

HNO3

H2SO4

H2O

Всього

Таблиця 4 Початкова суміш

Реактив

Маса, г

Густина, г/см3

Об'єм, мл

Толуол HNO3

H2SO4

Всього

Таблиця 5 Аналіз суміші

Параметри

Визначення

1

2

3

Маса колби, г

Маса навіски, г

Витрата 0,1н р-ну NaNO2, мл

Масова доля мононітропохідного, %

Звичайний склад одержаної суміші ізомерів, %: орто - 58; пара - 38; мета - 4. Всі ізомери отрутні (окислюють гемоглобін). У промисловості їх розділяють суміщенням методів ректифікації під вакуумом і вимороження.

На основі результатів роботи визначають мольний вихід мононітропохідних по вихідній сировині.

Зіставленням результатів робіт, що виконано при різних умовах можна оцінити вплив основних факторів:

    - температури нітрування; - Ф. Н.А.; - часу процесу.

По даній методиці можна провести нітрування інших алкілзаміщених бензолу, з огляду на їхню реакційну спроможність. Наприклад, о-ксилол нітрується легше, тому можна використовувати більш м'які умови. Методика аналізу не змінюється.

Похожие статьи




Лабораторна робота "Нітрування аренів нитруючою сумішшю" - Хімія та технологія основного органічного і нафтохімічного синтезу

Предыдущая | Следующая