Benzol sulfonlanishi: tuzilishi, xossalari va tuzilish formulasi

2024 Muallif: Angel Austin | [email protected]. Oxirgi o'zgartirilgan: 2023-12-17 05:45

Benzolning, shuningdek, boshqa aromatik uglevodorodlarning sulfatlanishi organik kimyodagi eng muhim reaksiyalardan biridir, chunki uning mahsulotlari sanoatda keng qo'llaniladi. Sulfonik kislotalarni olish uchun benzol sulfat kislota yoki oleum bilan ishlanadi. Sulfonatsiya ham bir nechta funktsional guruhlarni yaratish uchun bosqichma-bosqich amalga oshirilishi mumkin.

Sulfonlanish printsipi

Benzolning sulfatlanishi SO₃H sulfo guruhining kiritilishi - uni organik birikmadagi vodorod atomi bilan almashtirish. Natijada, hosil bo'lgan moddalar kislotali xususiyatga ega bo'lib, suvda eriydi. Keyinchalik, sulfoguruhni ajratib, boshqa birikmalar - aminobenzol (anilin), galobenzol, nitrobenzol, gidroksibenzol (fenol) sintezlanishi mumkin.

Bu jarayon nafaqat uglevodorodlarning o'ziga, balki ularning hosilalariga ham ta'sir qiladi. Benzolning gomologik birikmalari (toluol va ksilen) osonroq sulfonlanadi va bu reaksiya anilin va fenol bilan eng faoldir.

Benzolning nitrlanish bilan birga sulfonlanish reaksiyasi aromatik uglevodorodlar uchun eng xos boʻlgan reaksiyalardan biridir. almashtirishbunday moddalardagi vodorod alifatik organik birikmalarga qaraganda ancha oson oqadi.

Sulfatlashtiruvchi moddalar

Sulfonlashtiruvchi moddalar sifatida quyidagi moddalardan foydalanish mumkin:

• sulfat kislota H₂SO₄ turli konsentratsiyalarda;
• oleum (tumanli sulfat kislota);
• xlorsulfonik kislota - HSO₃Cl;
• sulfat angidrid;
• vitriol moyi (H₂SO₄ 93% yoki undan ortiq konsentratsiyada);
• sulfat kislota monohidrat;
• sulfatxlorid SO₂Cl₂;
• oltingugurt kislotaning ishqoriy tuzlari;
• polisulfatlar;
• sulfat kislotaning kislotali tuzlari.

Ko'pincha benzolni sulfonlash mexanizmida oleum ishlatiladi - SO₃ ning 100% sulfat kislotadagi eritmasi. Oltingugurt trioksidining konsentratsiyasi taxminan 65% bo'lgan oleum navlari tanlanadi, chunki bu kompozitsiyalar normal sharoitda suyuq bo'lib qoladi. Ushbu moddadan foydalanganda benzol sulfonlanishining reaktsiya mexanizmi yuqori tezlikda sodir bo'ladi.

Sulfatsiya jarayoni tavsifi

Benzolning oleum bilan reaksiyasi quyidagicha:

C₆H₆ + H₂SO_{4- C}6_H5_-SO3_{H + H}2 _O.

Tuzilish jihatdan benzol sulfonlanish reaksiyasining tartibi quyidagicha:

Sulfonik kislotalar maqsadli mahsulotdir. 92-94% li sulfat kislota bilan ishlov berilganda ularning unumi bo'ladi90-96%.

3 baravar ortiq konsentrlangan sulfat kislota bilan sulfatlanish quyidagicha davom etadi:

Jarayon sekin boʻlgani uchun (issiqlik ajralib chiqsa ham), isitish kerak.

Benzolni sulfat kislota bilan sulfonlashning kamchiliklariga quyidagilar kiradi:

• elektrofillarning kichik konsentratsiyasi;
• kislota suv bilan suyultirilganda reaksiya tezligining tez pasayishi;
• reaksiya muhitining agressivligi;
• neytrallashtiruvchi vositalardan foydalanish zarurati, katta miqdordagi chiqindilar (ekologik jihat).

Mahsulot xususiyatlari

Sulfonlash jarayonida benzolning kimyoviy xossalari quyidagi xususiyatlar bilan tavsiflanadi:

• rangsiz yoki och sariq rangli oʻtkir hidli eruvchan kristall modda;
• suvda yaxshi eruvchanlik, deyarli to'liq dissotsiatsiya;
• suv bugʻlari uchun yuqori singdiruvchanlik, havo taʼsirida kristallar tarqaladi;
• talaffuz qilingan kislota belgisi;
• Murakkab suv bilan parchalanib, zaharli gazlarni chiqaradi;
• bug'lar havodan og'irroq;
• kislotalilik doimiysi - 5, 0-8, 0 ichida.

Sulfonik kislotalarning eng muhim xossalaridan biri sulfoguruhni boshqa funksional guruhlarga almashish qobiliyatidir, ularni aromatik uglevodorodlar tuzilishiga bevosita kiritish qiyin.

Bir nechta sulfoguruhlarning kiritilishi

Ikki yoki uchta vodorod atomini almashtirish bosqichma-bosqich, quyidagi parametrlarni bosqichma-bosqich o'zgartirish orqali amalga oshiriladi:

• sulfonlashtiruvchi vosita;
• ushbu moddaning konsentratsiyasi yoki miqdori;
• harorat.

Meta-benzendisulfonik kislota 2 bosqichda ishlab chiqariladi:

1. Sulfatlash C₆H₆ konsentrlangan kislota H₂SO ₄ , natijada monosulfonik kislota hosil bo'ladi.
2. Oldingi reaksiya mahsulotini 20% dan ortiq oleum bilan 100^oS (yoki 60% 60-80^{o) haroratda qayta ishlash} S). Sulfo guruhining dastlabki kiritilishi keyingi sulfonlanishni sezilarli darajada sekinlashtirganligi sababli (taxminan 10 000 marta), ikkinchi reaktsiya yanada og'ir sharoitlarda amalga oshiriladi.

Keyinchalik 3- va 5-benzolsulfonik kislotaga sulfonlanish faqat katalizator ishtirokida 250^oS haroratda 60% konsentratsiyali oleum ta'sirida mumkin bo'ladi - simob sulfat.

Oddiy sharoitda sulfonlanish reaksiyasi qaytar, lekin yuqori angidrid oleum ishlatilsa, jarayon qaytarilmas holga keladi. Xuddi shu narsa benzolga xlorsulfon kislotasi bilan ishlov berilganda ham kuzatiladi.

Harorat effekti

Benzolni sulfonlashda haroratni oshirish nafaqat reaksiya tezligini oshiradi, balki qo'shimcha mahsulotlar: polisulfonik kislotalar, sulfonlar, oksidlar hosil bo'lishiga olib keladi. 160 ° C dan yuqori qizdirilganda disulfonik kislotalarning paydo bo'lishi qayd etiladi.

Shuning uchun har bir reaksiya ma'lum bir haroratda amalga oshirilishi kerak. UndanAromatik uglevodorodlardagi SO₃H guruhining biriktirilish joyi (regioselektivlik) ham bog'liq.

Sulfatlash "bug'da"

Sanoat sharoitida benzolsulfon kislotasini olishning eng tejamli usullaridan biri bu reaksiyani "bug'larda" o'tkazishdir. Ushbu texnologiya H₂SO₄ ga ehtiyojni ushbu moddaning suyuq fazasini ishlatadigan jarayonga nisbatan deyarli 2 barobar kamaytirish imkonini beradi.. Reaksiyaning kamchiliklari sulfonlanish tezligining pasayishini o'z ichiga oladi.

H₂SO₄ suyuq holatda foydalanish bilan bog'liq kamchiliklarni bartaraf etish, ehtimol reaktsiya massasidan suvni olib tashlash. yoki oleumdan foydalanish (SO₃ konsentratsiyasini oshirish).

Bu holda benzolni sulfonlash texnologiyasi quyidagicha davom etadi:

1. Ikkidagi benzol nasos yordamida bug'lashtirgich quvurlariga yuboriladi. Ushbu qurilmada modda tashqi quvurlar orqali o'tadigan bug 'bilan isitiladi. Keyin juftliklar t=150 °S ga keltiriladi.
2. Bug 'holatidagi benzol reaktorga ortiqcha miqdorda beriladi va u erda 150 °C haroratda konsentrlangan sulfat kislota qatlamidan o'tadi.
3. Sovutgichda C₆H₆ va H₂O kondensatsiyalanadi va sovutiladi. 30 °S.
4. Aralashma separatorda ajratiladi va aylanma benzol sulfonlanish uchun qaytariladi.

Sulfomassadagi benzol qoldiqlari havo puflash orqali chiqariladi. Keyin aralash neytrallash uchun apparatga kiradi,ichida kislotaga chidamli plitkalar bilan qoplangan. Bu reaksiya Na₂SO₃ ning suvli eritmasi ishtirokida amalga oshiriladi. Qayta ishlashdan so'ng, massa oltingugurt dioksidini yo'q qilish uchun ustunga yuboriladi. Olingan mahsulot gidroksidi eritish yordamida fenol olish uchun ishlatiladi (hozirda bu jarayon sanoat ahamiyatini yo'qotgan, fenol izopropilbenzoldan sintez qilinadi) yoki natriy benzolsulfonatning quruq qoldig'iga bug'lanadi.

Boshqa usullar

Benzol sulfonlashning boshqa usullarini qo'llang:

1. Suyuq uglevodorod qarshi oqimda H₂SO₄ qatlami orqali o’tadi. Olingan mahsulot avval benzolda eritiladi va keyin suv bilan yuviladi.
2. 190-250 °C yuqori haroratda va 1-3 MPa bosimda past konsentratsiyali oleum bilan sulfatlash. Qo'shimcha mahsulotlarning ko'rinishi natriy benzolsulfonat qo'shilishi bilan bostiriladi.

Sulfonik kislotalarning izolatsiyasi

Reaksiya maxsulotlari yaxshi eriydiganligi sababli ular tuzlar holida ajratiladi. Buning uchun sulfomassaga neytrallashtiruvchi moddalar doimiy aralashtirish bilan kiritiladi, ular quyidagi moddalar sifatida ishlatiladi:

• natriy sulfit;
• bo'r;
• texnik soda;
• ohak.

Erkin sulfonik kislotalarni izolyatsiyalash ion almashinadigan smolalar bilan reaksiyaga kirishish yoki vodorod xlorid bilan kislotalash natijasida hosil boʻladi.