Keling, toluol qanday nitratlanganligi haqida gapiraylik. Bunday o'zaro ta'sir natijasida portlovchi moddalar, farmatsevtika mahsulotlari ishlab chiqarishda ishlatiladigan katta miqdordagi yarim tayyor mahsulotlar olinadi.
Nitratlanishning ahamiyati
Aromatik nitrobirikmalar shaklidagi benzol hosilalari zamonaviy kimyo sanoatida ishlab chiqariladi. Nitrobenzol anilin, parfyumeriya, farmatsevtika ishlab chiqarishida oraliq mahsulotdir. U ko'plab organik birikmalar, shu jumladan tsellyuloza nitriti uchun ajoyib hal qiluvchi bo'lib, u bilan jelatinli massa hosil qiladi. Neft sanoatida u moylash vositasi sifatida ishlatiladi. Toluolni nitrlash benzidin, anilin, aminosalitsil kislota, fenilendiaminni beradi.
Nitratsiya xususiyati
Nitratlanish organik birikma molekulasiga NO2 guruhining kiritilishi bilan tavsiflanadi. Boshlang'ich moddaga qarab, bu jarayon radikal, nukleofil, elektrofil mexanizmga muvofiq davom etadi. Nitroniy kationlari, ionlari va NO2 radikallari faol zarrachalar vazifasini bajaradi. Toluolning nitrlanish reaktsiyasi almashtirishni anglatadi. Boshqa organik moddalar uchuno'rnini bosuvchi nitratsiya, shuningdek, qo'sh bog'lanish orqali qo'shish mumkin.
Aromatik uglevodorod molekulasida toluolni nitratlash nitratlash aralashmasi (sulfat va nitrat kislotalar) yordamida amalga oshiriladi. Katalitik xususiyatlar sulfat kislotada namoyon bo'ladi, bu jarayonda suvni olib tashlaydigan vosita sifatida ishlaydi.
Jarayon tenglamasi
Toluolni nitrlash bitta vodorod atomini nitroguruh bilan almashtirishni o'z ichiga oladi. Jarayon diagrammasi nimaga o'xshaydi?
Toluolning nitrlanishini tavsiflash uchun reaksiya tenglamasini quyidagicha ifodalash mumkin:
ArH + HONO2+=Ar-NO2 +H2 O
Bu bizga faqat o'zaro ta'sirning umumiy yo'nalishini baholashga imkon beradi, lekin bu jarayonning barcha xususiyatlarini ochib bermaydi. Haqiqatda aromatik uglevodorodlar va nitrat kislota mahsulotlari o'rtasidagi reaktsiya sodir bo'lmoqda.
Mahsulotlarda suv molekulalari mavjudligini hisobga olsak, bu nitrat kislota konsentratsiyasining pasayishiga olib keladi, shuning uchun toluolning nitrlanishi sekinlashadi. Bu muammoning oldini olish uchun bu jarayon past haroratlarda, ortiqcha nitrat kislotasi yordamida amalga oshiriladi.
Sulfat kislotadan tashqari sirka angidrid, polifosforik kislotalar, bor triflorid suvni olib tashlaydigan moddalar sifatida ishlatiladi. Ular nitrat kislota iste'molini kamaytirishga, o'zaro ta'sir samaradorligini oshirishga imkon beradi.
Jarayonning nuanslari
Toluolning nitrlanishini XIX asr oxirida V. Markovnikov. U reaksiya aralashmasida konsentrlangan sulfat kislota mavjudligi va jarayon tezligi o‘rtasidagi bog‘liqlikni o‘rnatishga muvaffaq bo‘ldi. Nitrotoluolni zamonaviy ishlab chiqarishda suvsiz nitrat kislotasi qo'llaniladi, uning miqdori ortig'i bilan olinadi.
Bundan tashqari, toluolning sulfonlanishi va nitrlanishi bor ftoridning mavjud suvni olib tashlaydigan komponentidan foydalanish bilan bog'liq. Uning reaktsiya jarayoniga kiritilishi toluolning nitrlanishini mavjud bo'lgan hosil bo'lgan mahsulot tannarxini kamaytirishga imkon beradi. Joriy jarayonning umumiy shakldagi tenglamasi quyida keltirilgan:
ArH + HNO3 + BF3=Ar-NO2 + BF3 H2 O
O'zaro ta'sir tugagandan so'ng, suv kiritiladi, buning natijasida bor ftorid monohidrat dihidrat hosil qiladi. U vakuumda distillanadi, so‘ngra k altsiy ftorid qo‘shiladi va birikma asl holiga qaytariladi.
Nitratsiya xususiyatlari
Ushbu jarayonning ba'zi xususiyatlari reaktivlar, reaksiya substratini tanlash bilan bog'liq. Ularning ba'zi variantlarini batafsil ko'rib chiqing:
- 60-65% nitrat kislota 96% sulfat kislota bilan aralashtirilgan;
- 98% nitrat kislota va konsentrlangan sulfat kislota aralashmasi ozgina reaktiv organiklar uchun javob beradi;
- kaliy yoki konsentrlangan sulfat kislotali ammoniy nitrat polimerik nitro birikmalarini ishlab chiqarish uchun ajoyib tanlovdir.
Nitratsiya kinetikasi
Aromatik uglevodorodlar oltingugurt va aralashmasi bilan o'zaro ta'sir qiladinitrat kislotalar ion mexanizmi bilan nitratlanadi. V. Markovnikov ushbu o'zaro ta'sirning o'ziga xos xususiyatlarini tavsiflashga muvaffaq bo'ldi. Jarayon bir necha bosqichda davom etadi. Birinchidan, suvli eritmada dissotsiatsiyaga uchragan nitrosulfat kislota hosil bo'ladi. Nitron ionlari toluol bilan reaksiyaga kirishib, mahsulot sifatida nitrotoluol hosil qiladi. Aralashga suv molekulalari qo'shilsa, jarayon sekinlashadi.
Organik tabiatli erituvchilarda - nitrometan, asetonitril, sulfolan - bu kationning hosil bo'lishi nitrlanish tezligini oshirishga imkon beradi.
Olingan nitroniy kationi aromatik toluol yadrosiga biriktiriladi va oraliq birikma hosil bo'ladi. Keyin proton ajraladi va bu nitrotoluol hosil bo'lishiga olib keladi.
Davom etayotgan jarayonning batafsil tavsifi uchun "sigma" va "pi" komplekslarining shakllanishini ko'rib chiqishimiz mumkin. "Sigma" kompleksining shakllanishi o'zaro ta'sirning cheklovchi bosqichidir. Reaktsiya tezligi to'g'ridan-to'g'ri nitroniy kationining aromatik birikma yadrosidagi uglerod atomiga qo'shilish tezligiga bog'liq bo'ladi. Toluoldan protonning chiqarilishi deyarli bir zumda sodir bo'ladi.
Faqat ba'zi holatlarda muhim birlamchi kinetik izotop effekti bilan bog'liq har qanday almashtirish muammolari bo'lishi mumkin. Bu har xil turdagi to'siqlar mavjud bo'lganda teskari jarayonning tezlashishi bilan bog'liq.
Katalizator va suvsizlantiruvchi vosita sifatida konsentrlangan sulfat kislotani tanlashda jarayon muvozanatining reaksiya mahsulotlari hosil boʻlishiga qarab siljishi kuzatiladi.
Xulosa
Toluol nitratlanganda kimyo sanoatining qimmatli mahsuloti bo'lgan nitrotoluol hosil bo'ladi. Aynan shu modda portlovchi birikma hisoblanadi, shuning uchun u portlatishda talabga ega. Uning sanoat ishlab chiqarishi bilan bog'liq ekologik muammolar orasida biz konsentrlangan sulfat kislotaning katta miqdoridan foydalanishni ta'kidlaymiz.
Bu muammoni hal qilish uchun kimyogarlar nitrlash jarayonida hosil boʻladigan sulfat kislota chiqindilarini kamaytirish yoʻllarini izlamoqda. Masalan, jarayon past haroratlarda amalga oshiriladi, osongina qayta tiklanadigan vositalar ishlatiladi. Sulfat kislota kuchli oksidlovchi xususiyatlarga ega, bu metallarning korroziyasiga salbiy ta'sir qiladi va tirik organizmlar uchun xavfni oshiradi. Agar barcha xavfsizlik standartlariga rioya qilinsa, bu muammolarni hal qilish va yuqori sifatli nitro birikmalarini olish mumkin.
