Mari kita bicara tentang cara nitrasi toluena. Sejumlah besar produk setengah jadi yang digunakan dalam pembuatan bahan peledak, obat-obatan diperoleh dengan interaksi tersebut.
Pentingnya nitrasi
Turunan benzena dalam bentuk senyawa nitro aromatik diproduksi di industri kimia modern. Nitrobenzene adalah produk antara dalam anilin, wewangian, produksi farmasi. Ini adalah pelarut yang sangat baik untuk banyak senyawa organik, termasuk selulosa nitrit, membentuk massa agar-agar dengannya. Dalam industri perminyakan, digunakan sebagai pembersih pelumas. Nitrasi toluena menghasilkan benzidin, anilin, asam aminosalisilat, fenilendiamin.
Karakteristik nitrasi
Nitrasi ditandai dengan masuknya gugus NO2 ke dalam molekul senyawa organik. Tergantung pada zat awal, proses ini berlangsung menurut mekanisme elektrofilik radikal, nukleofilik. Kation nitronium, ion dan radikal NO2 bertindak sebagai partikel aktif. Reaksi nitrasi toluena mengacu pada substitusi. Untuk zat organik lainnyanitrasi substitusi dimungkinkan, serta adisi melalui ikatan rangkap.
Nitrasi toluena dalam molekul hidrokarbon aromatik dilakukan dengan menggunakan campuran penitrasi (asam sulfat dan asam nitrat). Sifat katalitik ditunjukkan oleh asam sulfat, yang bertindak sebagai zat penghilang air dalam proses ini.
Persamaan proses
Nitrasi toluena melibatkan penggantian satu atom hidrogen dengan gugus nitro. Seperti apa diagram prosesnya?
Untuk menggambarkan nitrasi toluena, persamaan reaksi dapat direpresentasikan sebagai berikut:
ArH + HONO2+=Ar-NO2 +H2 O
Ini memungkinkan kita untuk menilai hanya jalannya interaksi secara umum, tetapi tidak mengungkapkan semua fitur dari proses ini. Yang sebenarnya terjadi adalah reaksi antara hidrokarbon aromatik dan produk asam nitrat.
Mengingat ada molekul air dalam produk, hal ini menyebabkan penurunan konsentrasi asam nitrat, sehingga nitrasi toluena melambat. Untuk menghindari masalah ini, proses ini dilakukan pada suhu rendah, menggunakan asam nitrat secara berlebihan.
Selain asam sulfat, anhidrida asetat, asam polifosfat, boron trifluorida digunakan sebagai zat penghilang air. Mereka memungkinkan untuk mengurangi konsumsi asam nitrat, meningkatkan efisiensi interaksi.
Nuansa proses
Nitrasi toluena dijelaskan pada akhir abad kesembilan belas oleh V. Markovnikov. Dia berhasil membuat hubungan antara keberadaan asam sulfat pekat dalam campuran reaksi dan laju proses. Dalam produksi nitrotoluena modern, asam nitrat anhidrat digunakan, diambil secara berlebihan.
Selain itu, sulfonasi dan nitrasi toluena dikaitkan dengan penggunaan komponen penghilang air boron fluorida yang tersedia. Pengenalannya ke dalam proses reaksi memungkinkan untuk mengurangi biaya produk yang dihasilkan, yang membuat nitrasi toluena tersedia. Persamaan proses saat ini dalam bentuk umum disajikan di bawah ini:
ArH + HNO3 + BF3=Ar-NO2 + BF3 H2 O
Setelah interaksi selesai, air dimasukkan, yang dengannya boron fluorida monohidrat membentuk dihidrat. Itu didistilasi dalam ruang hampa, kemudian kalsium fluorida ditambahkan, mengembalikan senyawa ke bentuk aslinya.
Spesifikasi nitrasi
Ada beberapa fitur dari proses ini terkait dengan pilihan reagen, substrat reaksi. Pertimbangkan beberapa opsi mereka secara lebih rinci:
- 60-65% asam nitrat dicampur dengan 96% asam sulfat;
- campuran 98% asam nitrat dan asam sulfat pekat cocok untuk bahan organik yang sedikit reaktif;
- kalium atau amonium nitrat dengan asam sulfat pekat adalah pilihan yang sangat baik untuk produksi senyawa nitro polimer.
Kinetika nitrasi
Hidrokarbon aromatik berinteraksi dengan campuran sulfur danasam nitrat dinitrasi oleh mekanisme ionik. V. Markovnikov berhasil mengkarakterisasi secara spesifik interaksi ini. Prosesnya berlangsung dalam beberapa tahap. Pertama, asam nitrosulfat terbentuk, yang mengalami disosiasi dalam larutan berair. Ion nitronium bereaksi dengan toluena, membentuk nitrotoluena sebagai produk. Ketika molekul air ditambahkan ke dalam campuran, prosesnya melambat.
Dalam pelarut dengan sifat organik - nitrometana, asetonitril, sulfolan - pembentukan kation ini memungkinkan Anda untuk meningkatkan laju nitrasi.
Kation nitronium yang dihasilkan melekat pada inti toluena aromatik, dan senyawa antara terbentuk. Selanjutnya, sebuah proton terlepas, mengarah pada pembentukan nitrotoluena.
Untuk penjelasan rinci tentang proses yang sedang berlangsung, kita dapat mempertimbangkan pembentukan kompleks "sigma" dan "pi". Pembentukan kompleks "sigma" adalah tahap interaksi yang membatasi. Laju reaksi akan berbanding lurus dengan laju adisi kation nitronium ke atom karbon dalam inti senyawa aromatik. Penghapusan proton dari toluena hampir seketika.
Hanya dalam beberapa situasi dapat ada masalah substitusi yang terkait dengan efek isotop kinetik primer yang signifikan. Hal ini dikarenakan percepatan proses sebaliknya dengan adanya berbagai jenis hambatan.
Saat memilih asam sulfat pekat sebagai katalis dan zat dewatering, pergeseran kesetimbangan proses menuju pembentukan produk reaksi diamati.
Kesimpulan
Ketika toluena dinitrasi, nitrotoluena terbentuk, yang merupakan produk berharga dari industri kimia. Zat inilah yang merupakan senyawa yang mudah meledak, oleh karena itu sangat diminati dalam peledakan. Di antara masalah lingkungan yang terkait dengan produksi industrinya, kami mencatat penggunaan sejumlah besar asam sulfat pekat.
Untuk mengatasi masalah ini, para ahli kimia mencari cara untuk mengurangi limbah asam sulfat yang dihasilkan dari proses nitrasi. Misalnya, proses dilakukan pada suhu rendah, media yang mudah diregenerasi digunakan. Asam sulfat memiliki sifat pengoksidasi yang kuat, yang secara negatif mempengaruhi korosi logam dan menimbulkan bahaya yang meningkat bagi organisme hidup. Jika semua standar keselamatan dipatuhi, masalah ini dapat diatasi dan senyawa nitro berkualitas tinggi dapat diperoleh.
