Toluenin nasıl nitratlandığından bahsedelim. Patlayıcı, ilaç yapımında kullanılan büyük miktarda yarı mamul ürün bu tür etkileşimlerle elde edilir.
Nitrasyonun önemi
Modern kimya endüstrisinde aromatik nitro bileşikleri formundaki benzen türevleri üretilmektedir. Nitrobenzen, anilin, parfümeri, ilaç üretiminde bir ara üründür. Selüloz nitrit de dahil olmak üzere birçok organik bileşik için mükemmel bir çözücüdür ve onunla jelatinimsi bir kütle oluşturur. Petrol endüstrisinde yağlayıcı temizleyici olarak kullanılır. Toluenin nitrasyonu benzidin, anilin, aminosalisilik asit, fenilendiamin verir.
Nitrasyon özelliği
Nitrasyon, NO2 grubunun bir organik bileşiğin molekülüne katılmasıyla karakterize edilir. Başlangıç maddesine bağlı olarak bu işlem radikal, nükleofilik, elektrofilik bir mekanizmaya göre ilerler. Nitronyum katyonları, iyonları ve NO2 radikalleri aktif parçacıklar olarak işlev görür. Toluenin nitrasyon reaksiyonu, ikame anlamına gelir. Diğer organik maddeler içinikame nitrasyonu ve ayrıca bir çift bağ yoluyla ekleme mümkündür.
Toluenin aromatik bir hidrokarbon molekülünde nitrasyonu, bir nitratlama karışımı (sülfürik ve nitrik asitler) kullanılarak gerçekleştirilir. Katalitik özellikler, bu süreçte su giderici bir madde olarak görev yapan sülfürik asit tarafından sergilenir.
Süreç denklemi
Toluen nitrasyonu, bir hidrojen atomunun bir nitro grubuyla değiştirilmesini içerir. Süreç diyagramı neye benziyor?
Toluenin nitrasyonunu tanımlamak için reaksiyon denklemi şu şekilde temsil edilebilir:
ArH + HONO2+=Ar-NO2 +H2 O
Yalnızca etkileşimin genel gidişatını yargılamamıza izin verir, ancak bu sürecin tüm özelliklerini ortaya çıkarmaz. Gerçekte olan şey, aromatik hidrokarbonlar ve nitrik asit ürünleri arasındaki bir reaksiyondur.
Ürünlerde su molekülleri olduğu göz önüne alındığında, bu nitrik asit konsantrasyonunda bir azalmaya yol açar, bu nedenle toluenin nitrasyonu yavaşlar. Bu sorunu önlemek için bu işlem düşük sıcaklıklarda, fazla nitrik asit kullanılarak gerçekleştirilir.
Sülfürik aside ek olarak, asetik anhidrit, polifosforik asitler, bor triflorür su giderici ajanlar olarak kullanılır. Nitrik asit tüketimini az altmayı mümkün kılarlar, etkileşimin verimini arttırırlar.
Sürecin nüansları
Toluen nitrasyonu on dokuzuncu yüzyılın sonunda V. Markovnikov. Reaksiyon karışımında konsantre sülfürik asit varlığı ile işlemin hızı arasında bir bağlantı kurmayı başardı. Modern nitrotoluen üretiminde, biraz fazla alınan susuz nitrik asit kullanılır.
Ayrıca, toluenin sülfonasyonu ve nitrasyonu, mevcut bir su giderici bor florür bileşeninin kullanımı ile ilişkilidir. Reaksiyon sürecine dahil edilmesi, ortaya çıkan ürünün maliyetini düşürmeyi mümkün kılar, bu da toluenin nitrasyonunu mümkün kılar. Mevcut sürecin genel olarak denklemi aşağıda sunulmuştur:
ArH + HNO3 + BF3=Ar-NO2 + BF3 H2 O
Etkileşimin tamamlanmasından sonra, bor florür monohidratın bir dihidrat oluşturması nedeniyle su verilir. Bir vakumda damıtılır, ardından kalsiyum florür eklenir ve bileşik orijinal formuna döndürülür.
Nitrasyon özellikleri
Reaktiflerin, reaksiyon substratının seçimiyle ilgili bu işlemin bazı özellikleri vardır. Seçeneklerinden bazılarını daha ayrıntılı olarak değerlendirin:
- %60-65 nitrik asit ile %96 sülfürik asit karışımı;
- %98 nitrik asit ve konsantre sülfürik asit karışımı hafif reaktif organikler için uygundur;
- Potasyum veya konsantre sülfürik asitli amonyum nitrat, polimerik nitro bileşiklerinin üretimi için mükemmel bir seçimdir.
Nitrasyon kinetiği
Sülfürik ve sülfürik karışımı ile etkileşime giren aromatik hidrokarbonlarnitrik asitler iyonik mekanizma ile nitratlanır. V. Markovnikov, bu etkileşimin özelliklerini karakterize etmeyi başardı. Süreç birkaç aşamada ilerler. İlk olarak, sulu bir çözeltide ayrışmaya uğrayan nitrosülfürik asit oluşur. Nitronyum iyonları toluen ile reaksiyona girerek bir ürün olarak nitrotoluen oluşturur. Karışıma su molekülleri eklendiğinde süreç yavaşlar.
Organik yapıya sahip çözücülerde - nitrometan, asetonitril, sülfolan - bu katyonun oluşumu nitrasyon oranını artırmanıza izin verir.
Ortaya çıkan nitronyum katyonu, aromatik toluenin çekirdeğine bağlanır ve bir ara bileşik oluşur. Ardından, nitrotoluen oluşumuna yol açan bir proton ayrılır.
Devam eden sürecin ayrıntılı bir açıklaması için "sigma" ve "pi" komplekslerinin oluşumunu ele alabiliriz. "Sigma" kompleksinin oluşumu, etkileşimin sınırlayıcı aşamasıdır. Reaksiyon hızı, aromatik bileşiğin çekirdeğindeki karbon atomuna nitronyum katyonunun eklenme hızı ile doğrudan ilişkili olacaktır. Toluenden bir protonun eliminasyonu neredeyse anında gerçekleşir.
Sadece bazı durumlarda, önemli bir birincil kinetik izotop etkisi ile ilişkili herhangi bir ikame problemi olabilir. Bunun nedeni, çeşitli engellerin varlığında ters sürecin hızlanmasıdır.
Katalizör ve susuzlaştırma ajanı olarak konsantre sülfürik asit seçildiğinde, prosesin dengesinde reaksiyon ürünlerinin oluşumuna doğru bir kayma gözlenir.
Sonuç
Toluen nitratlandığında, kimya endüstrisinin değerli bir ürünü olan nitrotoluen oluşur. Patlayıcı bir bileşik olan bu maddedir, bu nedenle patlatmada talep görmektedir. Endüstriyel üretimiyle ilgili çevre sorunları arasında önemli miktarda konsantre sülfürik asit kullanımına dikkat çekiyoruz.
Bu sorunla başa çıkmak için kimyagerler, nitrasyon işleminden kaynaklanan sülfürik asit atığını az altmanın yollarını arıyorlar. Örneğin işlem düşük sıcaklıklarda gerçekleştirilir, kolayca rejenere edilen ortamlar kullanılır. Sülfürik asit, metallerin korozyonunu olumsuz etkileyen ve canlı organizmalar için artan bir tehlike oluşturan güçlü oksitleyici özelliklere sahiptir. Tüm güvenlik standartlarına uyulursa, bu sorunlar çözülebilir ve yüksek kaliteli nitro bileşikleri elde edilebilir.
