Le të flasim për mënyrën se si nitrohet tolueni. Një sasi e madhe e produkteve gjysëm të gatshme të përdorura në prodhimin e eksplozivëve, farmaceutikëve përftohet nga një ndërveprim i tillë.
Rëndësia e nitrimit
Derivatet e benzenit në formën e komponimeve aromatike nitro prodhohen në industrinë moderne kimike. Nitrobenzeni është një produkt i ndërmjetëm në prodhimin e anilinës, parfumerisë, farmaceutikës. Është një tretës i shkëlqyer për shumë komponime organike, duke përfshirë nitritin e celulozës, duke formuar një masë xhelatinoze me të. Në industrinë e naftës, përdoret si pastrues lubrifikant. Nitrimi i toluenit jep benzidinën, anilinën, acidin aminosalicilik, fenilendiaminën.
Karakteristika e nitrimit
Nitrimi karakterizohet nga futja e grupit NO2 në molekulën e një përbërjeje organike. Në varësi të substancës fillestare, ky proces zhvillohet sipas një mekanizmi radikal, nukleofilik, elektrofilik. Kationet e nitronit, jonet dhe radikalët NO2 veprojnë si grimca aktive. Reagimi i nitrimit të toluenit i referohet zëvendësimit. Për substanca të tjera organikenitrimi zëvendësues është i mundur, si dhe shtimi nëpërmjet një lidhjeje të dyfishtë.
Nitrimi i toluenit në një molekulë hidrokarbure aromatike kryhet duke përdorur një përzierje nitratuese (acidet sulfurik dhe nitrik). Vetitë katalitike shfaqen nga acidi sulfurik, i cili vepron si një agjent largues uji në këtë proces.
Ekuacioni i procesit
Nitrimi i toluenit përfshin zëvendësimin e një atomi hidrogjeni me një grup nitro. Si duket diagrami i procesit?
Për të përshkruar nitrimin e toluenit, ekuacioni i reaksionit mund të përfaqësohet si më poshtë:
ArH + HONO2+=Ar-NO2 +H2 O
Na lejon të gjykojmë vetëm rrjedhën e përgjithshme të ndërveprimit, por nuk zbulon të gjitha tiparet e këtij procesi. Ajo që po ndodh në të vërtetë është një reagim midis hidrokarbureve aromatike dhe produkteve të acidit nitrik.
Duke pasur parasysh që ka molekula uji në produkte, kjo çon në një ulje të përqendrimit të acidit nitrik, kështu që nitrimi i toluenit ngadalësohet. Për të shmangur këtë problem, ky proces kryhet në temperatura të ulëta, duke përdorur acid nitrik me tepricë.
Përveç acidit sulfurik, anhidridi acetik, acidet polifosforike, trifluoridi i borit përdoren si agjentë largues të ujit. Ato bëjnë të mundur uljen e konsumit të acidit nitrik, rritjen e efikasitetit të ndërveprimit.
Nuananca të procesit
Nitrimi i toluenit u përshkrua në fund të shekullit të nëntëmbëdhjetë nga V. Markovnikov. Ai arriti të krijojë një lidhje midis pranisë së acidit sulfurik të përqendruar në përzierjen e reaksionit dhe shpejtësisë së procesit. Në prodhimin modern të nitrotoluenit, përdoret acid nitrik anhidrik, i marrë në një farë mase.
Përveç kësaj, sulfonimi dhe nitrimi i toluenit shoqërohet me përdorimin e një komponenti të disponueshëm për heqjen e ujit të fluorit të borit. Futja e tij në procesin e reaksionit bën të mundur uljen e kostos së produktit që rezulton, gjë që bën të disponueshëm nitrimin e toluenit. Ekuacioni i procesit aktual në formë të përgjithshme është paraqitur më poshtë:
ArH + HNO3 + BF3=Ar-NO2 + BF3 H2 O
Pas përfundimit të ndërveprimit, futet uji, për shkak të të cilit monohidrati i floridit të borit formon një dihidrat. Distilohet në vakum, më pas shtohet fluori i kalciumit, duke e kthyer përbërjen në formën e tij origjinale.
Specifikat e nitrimit
Ka disa veçori të këtij procesi që lidhen me zgjedhjen e reagentëve, substratit të reaksionit. Shqyrtoni disa nga opsionet e tyre në më shumë detaje:
- 60-65% acid nitrik i përzier me 96% acid sulfurik;
- përzierja e acidit nitrik 98% dhe acidit sulfurik të koncentruar është i përshtatshëm për organikë pak reaktive;
- nitrat kaliumi ose amoniumi me acid sulfurik të përqendruar është një zgjedhje e shkëlqyer për prodhimin e komponimeve polimerike nitro.
Kinetika e nitrimit
Hidrokarburet aromatike që ndërveprojnë me një përzierje squfuri dheacidet nitrik nitratohen me mekanizmin jonik. V. Markovnikov arriti të karakterizojë specifikat e këtij ndërveprimi. Procesi zhvillohet në disa faza. Së pari, formohet acidi nitrosulfurik, i cili i nënshtrohet shpërbërjes në një tretësirë ujore. Jonet e nitronit reagojnë me toluenin, duke formuar nitrotoluen si produkt. Kur molekulat e ujit shtohen në përzierje, procesi ngadalësohet.
Në tretës me natyrë organike - nitrometan, acetonitril, sulfolan - formimi i këtij kationi ju lejon të rritni shkallën e nitrimit.
Kationi i nitronit që rezulton ngjitet në bërthamën e toluenit aromatik dhe formohet një përbërje e ndërmjetme. Më pas, një proton shkëputet, duke çuar në formimin e nitrotoluenit.
Për një përshkrim të hollësishëm të procesit në vazhdim, mund të konsiderojmë formimin e komplekseve "sigma" dhe "pi". Formimi i kompleksit "sigma" është faza kufizuese e ndërveprimit. Shpejtësia e reaksionit do të lidhet drejtpërdrejt me shpejtësinë e shtimit të kationit të nitronit në atomin e karbonit në bërthamën e përbërjes aromatike. Eliminimi i një protoni nga tolueni është pothuajse i menjëhershëm.
Vetëm në disa situata mund të ketë ndonjë problem zëvendësimi të lidhur me një efekt të rëndësishëm të izotopit kinetik parësor. Kjo është për shkak të përshpejtimit të procesit të kundërt në prani të llojeve të ndryshme të pengesave.
Kur zgjidhet acidi sulfurik i përqendruar si një katalizator dhe agjent dehidratues, vërehet një zhvendosje në ekuilibrin e procesit drejt formimit të produkteve të reaksionit.
Përfundim
Kur tolueni nitratohet, formohet nitrotolueni, i cili është një produkt i vlefshëm i industrisë kimike. Është kjo substancë që është një përbërje shpërthyese, prandaj është e kërkuar në shpërthim. Ndër problemet mjedisore që lidhen me prodhimin industrial të tij, vëmë re përdorimin e një sasie të konsiderueshme të acidit sulfurik të koncentruar.
Për t'u marrë me këtë problem, kimistët po kërkojnë mënyra për të reduktuar mbetjet e acidit sulfurik të krijuara nga procesi i nitrimit. Për shembull, procesi kryhet në temperatura të ulëta, përdoren media të rigjeneruara lehtësisht. Acidi sulfurik ka veti të forta oksiduese, gjë që ndikon negativisht në korrozionin e metaleve dhe paraqet një rrezik të shtuar për organizmat e gjallë. Nëse respektohen të gjitha standardet e sigurisë, këto probleme mund të trajtohen dhe mund të merren komponime nitro me cilësi të lartë.
