Gəlin toluolun nitratlanmasından danışaq. Belə qarşılıqlı təsir nəticəsində partlayıcı maddələrin, əczaçılıq preparatlarının istehsalında istifadə edilən böyük miqdarda yarımfabrikat əldə edilir.
Nitrasiyanın əhəmiyyəti
Aromatik nitro birləşmələri şəklində olan benzol törəmələri müasir kimya sənayesində istehsal olunur. Nitrobenzol anilin, parfümeriya, əczaçılıq istehsalında ara məhsuldur. Selüloz nitrit də daxil olmaqla bir çox üzvi birləşmələr üçün əla həlledicidir və onunla jelatinli kütlə əmələ gətirir. Neft sənayesində sürtkü təmizləyicisi kimi istifadə olunur. Toluolun nitrasiyası benzidin, anilin, aminosalisil turşusu, fenilendiamin verir.
Nitrasiya xarakteristikası
Nitrasiya NO2 qrupunun üzvi birləşmənin molekuluna daxil olması ilə xarakterizə olunur. Başlanğıc maddədən asılı olaraq, bu proses radikal, nukleofil, elektrofilik mexanizmə uyğun olaraq davam edir. Nitronium kationları, ionları və NO2 radikalları aktiv hissəciklər kimi çıxış edir. Toluolun nitrasiya reaksiyası əvəzlənməyə aiddir. Digər üzvi maddələr üçünəvəzedici nitrasiya, həmçinin ikiqat bağ vasitəsilə əlavə etmək mümkündür.
Aromatik karbohidrogen molekulunda toluolun nitrasiyası nitratlayıcı qarışıqdan (sulfat və azot turşuları) istifadə etməklə həyata keçirilir. Katalitik xassələri sulfat turşusu nümayiş etdirir və bu prosesdə su xaric edən agent kimi çıxış edir.
Proses tənliyi
Toluolun nitrasiyası bir hidrogen atomunun nitro qrupu ilə əvəz edilməsini nəzərdə tutur. Proses diaqramı necə görünür?
Toluolun nitrasiyasını təsvir etmək üçün reaksiya tənliyini aşağıdakı kimi təqdim etmək olar:
ArH + HONO2+=Ar-NO2 +H2 O
Bu, bizə yalnız qarşılıqlı əlaqənin ümumi gedişatını mühakimə etməyə imkan verir, lakin bu prosesin bütün xüsusiyyətlərini ortaya qoymur. Əslində baş verən aromatik karbohidrogenlər və azot turşusu məhsulları arasında reaksiyadır.
Məhsullarda su molekullarının olduğunu nəzərə alsaq, bu, nitrat turşusunun konsentrasiyasının azalmasına səbəb olur, ona görə də toluolun nitrasiyası ləngiyir. Bu problemin qarşısını almaq üçün bu proses aşağı temperaturda, həddindən artıq azot turşusu istifadə etməklə həyata keçirilir.
Sulfat turşusu ilə yanaşı, sirkə anhidrid, polifosfor turşuları, bor triflorid sudan təmizləyici kimi istifadə olunur. Onlar azot turşusunun istehlakını az altmağa, qarşılıqlı təsirin səmərəliliyini artırmağa imkan verir.
Prosesin nüansları
Toluolun nitrasiyası on doqquzuncu əsrin sonunda V. Markovnikov. O, reaksiya qarışığında konsentratlaşdırılmış sulfat turşusunun olması ilə prosesin sürəti arasında əlaqə yaratmağa nail olub. Müasir nitrotoluol istehsalında susuz nitrat turşusu müəyyən qədər artıq qəbul edilir.
Bundan əlavə, toluolun sulfonlaşdırılması və nitrasiyası bor flüoridinin mövcud olan suyu xaric edən komponentinin istifadəsi ilə əlaqələndirilir. Onun reaksiya prosesinə daxil edilməsi toluolun nitrasiyasına imkan verən nəticədə məhsulun maya dəyərini az altmağa imkan verir. Ümumi formada cari prosesin tənliyi aşağıda təqdim olunur:
ArH + HNO3 + BF3=Ar-NO2 + BF3 H2 O
Qarşılıqlı təsir başa çatdıqdan sonra su daxil olur, bunun sayəsində bor florid monohidrat dihidrat əmələ gətirir. O, vakuumda distillə edilir, sonra kalsium ftorid əlavə edilir və birləşmə orijinal formasına qaytarılır.
Nitrasiya xüsusiyyətləri
Reagentlərin, reaksiya substratının seçimi ilə bağlı bu prosesin bəzi xüsusiyyətləri var. Onların bəzi seçimlərini daha ətraflı nəzərdən keçirin:
- 60-65% azot turşusu 96% sulfat turşusu ilə qarışdırılmış;
- 98% azot turşusu və konsentratlı sulfat turşusunun qarışığı bir qədər reaktiv üzvi maddələr üçün uyğundur;
- konsentratlı sulfat turşusu ilə kalium və ya ammonium nitrat polimer nitro birləşmələrinin istehsalı üçün əla seçimdir.
Nitrasiya kinetikası
Aromatik karbohidrogenlər kükürdlü və qarışığı ilə qarşılıqlı təsir göstərirazot turşuları ion mexanizmi ilə nitratlanır. V. Markovnikov bu qarşılıqlı əlaqənin xüsusiyyətlərini xarakterizə edə bilmişdir. Proses bir neçə mərhələdə davam edir. Əvvəlcə sulu məhlulda dissosiasiyaya məruz qalan nitrosulfat turşusu əmələ gəlir. Nitronium ionları toluolla reaksiyaya girərək nitrotolueni məhsul kimi əmələ gətirir. Qarışığa su molekulları əlavə edildikdə proses yavaşlayır.
Üzvi təbiətli həlledicilərdə - nitrometan, asetonitril, sulfolan - bu kationun əmələ gəlməsi nitrasiya sürətini artırmağa imkan verir.
Nəticədə nitronium katyonu aromatik toluolun nüvəsinə yapışdırılır və ara birləşmə əmələ gəlir. Sonra proton ayrılır və nitrotoluenin əmələ gəlməsinə səbəb olur.
Davam edən prosesin ətraflı təsviri üçün "siqma" və "pi" komplekslərinin əmələ gəlməsini nəzərdən keçirə bilərik. “Siqma” kompleksinin formalaşması qarşılıqlı təsirin məhdudlaşdırıcı mərhələsidir. Reaksiya sürəti aromatik birləşmənin nüvəsindəki karbon atomuna nitronium katyonunun əlavə edilmə sürəti ilə birbaşa əlaqəli olacaqdır. Toluoldan protonun çıxarılması demək olar ki, ani olur.
Yalnız bəzi hallarda əhəmiyyətli ilkin kinetik izotop effekti ilə bağlı hər hansı əvəzetmə problemi ola bilər. Bu, müxtəlif növ maneələrin mövcudluğunda əks prosesin sürətlənməsi ilə bağlıdır.
Katalizator və susuzlaşdırıcı vasitə kimi konsentratlaşdırılmış sulfat turşusunu seçərkən prosesin tarazlığında reaksiya məhsullarının əmələ gəlməsinə doğru sürüşmə müşahidə olunur.
Nəticə
Toluol nitratlandıqda kimya sənayesinin qiymətli məhsulu olan nitrotoluol əmələ gəlir. Məhz bu maddə partlayıcı birləşmədir, buna görə də partlayışda tələb olunur. Onun sənaye istehsalı ilə bağlı ekoloji problemlər arasında biz əhəmiyyətli miqdarda konsentratlaşdırılmış sulfat turşusunun istifadəsini qeyd edirik.
Bu problemi həll etmək üçün kimyaçılar nitrasiya prosesindən yaranan sulfat turşusu tullantılarını az altmağın yollarını axtarırlar. Məsələn, proses aşağı temperaturda aparılır, asanlıqla bərpa olunan media istifadə olunur. Kükürd turşusu güclü oksidləşdirici xüsusiyyətlərə malikdir, bu da metalların korroziyasına mənfi təsir göstərir və canlı orqanizmlər üçün artan təhlükə yaradır. Bütün təhlükəsizlik standartlarına əməl olunarsa, bu problemlərlə məşğul olmaq və yüksək keyfiyyətli nitro birləşmələri əldə etmək olar.
