Hebu tuzungumze kuhusu jinsi toluini inavyotiwa nitrati. Kiasi kikubwa cha bidhaa zilizokamilishwa kutumika katika utengenezaji wa vilipuzi, dawa hupatikana kwa mwingiliano kama huo.
Umuhimu wa nitration
Vilevile vya benzene katika mfumo wa misombo ya nitro yenye kunukia huzalishwa katika tasnia ya kisasa ya kemikali. Nitrobenzene ni bidhaa ya kati katika anilini, parfumery, uzalishaji wa dawa. Ni kutengenezea bora kwa misombo mingi ya kikaboni, ikiwa ni pamoja na nitriti ya selulosi, na kutengeneza molekuli ya gelatinous nayo. Katika tasnia ya petroli, hutumiwa kama kisafishaji cha lubricant. Nitration ya toluini hutoa benzidine, anilini, aminosalicylic acid, phenylenediamine.
Tabia ya nitration
Nitration ina sifa ya kuanzishwa kwa kundi la NO2 katika molekuli ya kiwanja kikaboni. Kulingana na dutu ya kuanzia, mchakato huu unaendelea kulingana na utaratibu wa radical, nucleophilic, electrophilic. Kation za nitronium, ayoni na radicals NO2 hufanya kama chembe hai. Mmenyuko wa nitration ya toluini inarejelea uingizwaji. Kwa vitu vingine vya kikaboninitration mbadala inawezekana, pamoja na kuongezwa kupitia bondi mbili.
Nitrati ya toluini katika molekuli ya hidrokaboni yenye kunukia hufanywa kwa kutumia mchanganyiko wa nitrati (asidi za sulfuriki na nitriki). Sifa za kichochezi huonyeshwa na asidi ya sulfuriki, ambayo hutumika kama wakala wa kuondoa maji katika mchakato huu.
Mlingano wa mchakato
Nitration ya toluini inahusisha uingizwaji wa atomi moja ya hidrojeni na kundi la nitro. Je, mchoro wa mchakato unaonekanaje?
Ili kuelezea nitrati ya toluini, mlingano wa mmenyuko unaweza kuwakilishwa kama ifuatavyo:
ArH + HONO2+=Ar-NO2 +H2 O
Inaturuhusu kuhukumu tu mwenendo wa jumla wa mwingiliano, lakini haifichui vipengele vyote vya mchakato huu. Kinachotokea ni mwitikio kati ya hidrokaboni yenye kunukia na bidhaa za asidi ya nitriki.
Kwa kuzingatia kuwa kuna molekuli za maji katika bidhaa, hii husababisha kupungua kwa mkusanyiko wa asidi ya nitriki, hivyo nitrati ya toluini hupungua. Ili kuepuka tatizo hili, mchakato huu unafanywa kwa joto la chini, kwa kutumia asidi ya nitriki kupita kiasi.
Mbali na asidi ya sulfuriki, anhidridi ya asetiki, asidi ya polyphosphoric, trifluoride ya boroni hutumiwa kama mawakala wa kuondoa maji. Huwezesha kupunguza matumizi ya asidi ya nitriki, kuongeza ufanisi wa mwingiliano.
Nuru za mchakato
Nitration ya toluini ilielezwa mwishoni mwa karne ya kumi na tisa na V. Markovnikov. Aliweza kuanzisha uhusiano kati ya kuwepo kwa asidi ya sulfuriki iliyojilimbikizia katika mchanganyiko wa majibu na kiwango cha mchakato. Katika uzalishaji wa kisasa wa nitrotoluini, asidi ya nitriki isiyo na maji hutumiwa, ikichukuliwa kwa ziada.
Aidha, salfoni na nitration ya toluini huhusishwa na matumizi ya kijenzi kinachopatikana cha kuondoa maji cha boroni fluoride. Utangulizi wake katika mchakato wa mmenyuko hufanya iwezekanavyo kupunguza gharama ya bidhaa inayotokana, ambayo inafanya nitration ya toluini inapatikana. Mlinganyo wa mchakato wa sasa katika muundo wa jumla umewasilishwa hapa chini:
ArH + HNO3 + BF3=Ar-NO2 + BF3 H2 O
Baada ya kukamilika kwa mwingiliano, maji huletwa, kutokana na ambayo boroni floridi monohidrati huunda dihydrate. Hutolewa katika utupu, kisha floridi ya kalsiamu huongezwa, na kurudisha mchanganyiko katika umbo lake la asili.
Maalum ya nitration
Kuna baadhi ya vipengele vya mchakato huu vinavyohusiana na uchaguzi wa vitendanishi, substrate ya majibu. Zingatia baadhi ya chaguo zao kwa undani zaidi:
- 60-65% asidi ya nitriki iliyochanganywa na 96% ya asidi ya sulfuriki;
- mchanganyiko wa 98% ya asidi ya nitriki na asidi ya sulfuriki iliyokolea inafaa kwa viumbe hai kidogo;
- potasiamu au nitrati ya ammoniamu iliyo na asidi ya sulfuriki iliyokolea ni chaguo bora kwa utengenezaji wa misombo ya nitro ya polimeri.
Nitration kinetics
Hidrokaboni zenye kunukia zinazoingiliana na mchanganyiko wa salfa naasidi nitriki nitrated na utaratibu ionic. V. Markovnikov aliweza kuashiria maalum ya mwingiliano huu. Mchakato unaendelea katika hatua kadhaa. Kwanza, asidi ya nitrosulfuriki huundwa, ambayo inakabiliwa na kujitenga katika suluhisho la maji. Ioni za nitronium humenyuka pamoja na toluini, na kutengeneza nitrotoluini kama bidhaa. Wakati molekuli za maji zinaongezwa kwenye mchanganyiko, mchakato hupungua.
Katika vimumunyisho vyenye asili ya kikaboni - nitromethane, asetonitrile, sulfolane - uundaji wa kano hii hukuruhusu kuongeza kiwango cha nitration.
Mpako wa nitronium unaotokana umeambatishwa kwenye kiini cha toluini yenye kunukia, na kiwanja cha kati huundwa. Kisha, protoni hutenganishwa, na hivyo kusababisha kutokea kwa nitrotoluini.
Kwa maelezo ya kina ya mchakato unaoendelea, tunaweza kuzingatia uundaji wa mchanganyiko wa "sigma" na "pi". Uundaji wa tata ya "sigma" ni hatua ya kuzuia ya mwingiliano. Kiwango cha mmenyuko kitahusiana moja kwa moja na kasi ya kuongezwa kwa nitronium kwa atomi ya kaboni kwenye kiini cha kiwanja cha kunukia. Uondoaji wa protoni kutoka toluini ni karibu mara moja.
Ni katika hali zingine pekee ndipo kunaweza kuwa na matatizo yoyote ya kubadilisha yanayohusishwa na athari kubwa ya kimsingi ya kinetiki ya isotopu. Hii ni kutokana na kuongeza kasi ya mchakato wa kurudi nyuma kukiwa na aina mbalimbali za vikwazo.
Unapochagua asidi ya sulfuriki iliyokolea kama kichocheo na kiondoa maji, mabadiliko katika usawa wa mchakato kuelekea uundaji wa bidhaa za mmenyuko huzingatiwa.
Hitimisho
Toluini inapowekwa nitrati, nitrotoluini huundwa, ambayo ni bidhaa muhimu ya tasnia ya kemikali. Ni dutu hii ambayo ni kiwanja kinacholipuka, kwa hivyo inahitajika katika ulipuaji. Miongoni mwa matatizo ya kimazingira yanayohusiana na uzalishaji wake wa viwandani, tunaona matumizi ya kiasi kikubwa cha asidi ya sulfuriki iliyokolea.
Ili kukabiliana na tatizo hili, wanakemia wanatafuta njia za kupunguza taka za asidi ya salfa inayotokana na mchakato wa nitrati. Kwa mfano, mchakato unafanywa kwa joto la chini, vyombo vya habari vinavyotengenezwa kwa urahisi hutumiwa. Asidi ya sulfuri ina mali ya oksidi kali, ambayo huathiri vibaya kutu ya metali na inaleta hatari kubwa kwa viumbe hai. Ikiwa viwango vyote vya usalama vitazingatiwa, matatizo haya yanaweza kushughulikiwa na misombo ya nitro yenye ubora wa juu inaweza kupatikana.
