Parlem de com es nitrat el toluè. Amb aquesta interacció s'obté una gran quantitat de productes semielaborats utilitzats en la fabricació d'explosius i productes farmacèutics.
Importància de la nitració
Els derivats del benzè en forma de compostos nitro aromàtics es produeixen a la indústria química moderna. El nitrobenzè és un producte intermedi en anilina, perfumeria, producció farmacèutica. És un excel·lent dissolvent per a molts compostos orgànics, inclòs el nitrit de cel·lulosa, formant una massa gelatinosa amb ell. A la indústria del petroli, s'utilitza com a netejador de lubricants. La nitració del toluè dóna benzidina, anilina, àcid aminosalicílic, fenilendiamina.
Característica de nitració
La nitració es caracteritza per la introducció del grup NO2 a la molècula d'un compost orgànic. Depenent de la substància de partida, aquest procés es desenvolupa segons un mecanisme radical, nucleòfil i electròfil. Els cations de nitroni, els ions i els radicals NO2 actuen com a partícules actives. La reacció de nitració del toluè fa referència a la substitució. Per a altres substàncies orgàniquesés possible la nitració substitutiva, així com l'addició mitjançant un doble enllaç.
La nitració del toluè en una molècula d'hidrocarburs aromàtics es realitza mitjançant una mescla nitratant (àcids sulfúric i nítric). L'àcid sulfúric presenta propietats catalíticas, que actua com a agent eliminador d'aigua en aquest procés.
Equació del procés
La nitració del toluè implica la substitució d'un àtom d'hidrogen per un grup nitro. Com és el diagrama de procés?
Per descriure la nitració del toluè, l'equació de la reacció es pot representar de la següent manera:
ArH + HONO2+=Ar-NO2 +H2 O
Ens permet jutjar només el curs general de la interacció, però no revela totes les característiques d'aquest procés. El que realment està passant és una reacció entre els hidrocarburs aromàtics i els productes d'àcid nítric.
Atès que hi ha molècules d'aigua en els productes, això comporta una disminució de la concentració d'àcid nítric, per la qual cosa la nitració del toluè s'alenteix. Per evitar aquest problema, aquest procés es realitza a baixes temperatures, utilitzant àcid nítric en excés.
A més de l'àcid sulfúric, l'anhídrid acètic, els àcids polifosfòrics i el trifluorur de bor s'utilitzen com a agents eliminadors d'aigua. Permeten reduir el consum d'àcid nítric, augmentar l'eficiència de la interacció.
Matisos del procés
La nitració del toluè va ser descrita a finals del segle XIX per V. Markovnikov. Va aconseguir establir una connexió entre la presència d'àcid sulfúric concentrat a la barreja de reacció i la velocitat del procés. En la producció moderna de nitrotoluè, s'utilitza àcid nítric anhidre, pres en excés.
A més, la sulfonació i la nitració del toluè s'associen amb l'ús d'un component d'eliminació d'aigua disponible del fluorur de bor. La seva introducció en el procés de reacció permet reduir el cost del producte resultant, fet que posa a disposició la nitració del toluè. L'equació del procés actual en forma general es presenta a continuació:
ArH + HNO3 + BF3=Ar-NO2 + BF3 H2 O
Un cop finalitzada la interacció, s'introdueix aigua, a causa de la qual el fluorur de bor monohidrat forma un dihidrat. Es destil·la al buit, després s'afegeix fluorur de calci, tornant el compost a la seva forma original.
Especificitats sobre la nitració
Hi ha algunes característiques d'aquest procés relacionades amb l'elecció de reactius, substrat de reacció. Considereu algunes de les seves opcions amb més detall:
- 60-65% d'àcid nítric barrejat amb un 96% d'àcid sulfúric;
- mescla d'àcid nítric al 98% i àcid sulfúric concentrat és adequada per a substàncies orgàniques lleugerament reactives;
- nitrat de potassi o d'amoni amb àcid sulfúric concentrat és una opció excel·lent per a la producció de compostos nitro polimèrics.
Cinètica de nitració
Hidrocarburs aromàtics que interactuen amb una barreja de sulfúrics iels àcids nítrics són nitrats pel mecanisme iònic. V. Markovnikov va aconseguir caracteritzar les especificitats d'aquesta interacció. El procés es desenvolupa en diverses etapes. En primer lloc, es forma àcid nitrosulfúric, que es dissocia en una solució aquosa. Els ions nitroni reaccionen amb el toluè, formant nitrotoluè com a producte. Quan s'afegeixen molècules d'aigua a la mescla, el procés s'alenteix.
En dissolvents de naturalesa orgànica: nitrometà, acetonitril, sulfolà, la formació d'aquest catió us permet augmentar la taxa de nitració.
El catió nitroni resultant s'uneix al nucli del toluè aromàtic i es forma un compost intermedi. A continuació, es desprèn un protó, donant lloc a la formació de nitrotoluè.
Per a una descripció detallada del procés en curs, podem considerar la formació de complexos "sigma" i "pi". La formació del complex "sigma" és l'etapa limitant de la interacció. La velocitat de reacció estarà directament relacionada amb la velocitat d'addició del catió nitroni a l'àtom de carboni del nucli del compost aromàtic. L'eliminació d'un protó del toluè és gairebé instantània.
Només en algunes situacions pot haver-hi problemes de substitució associats a un efecte isòtop cinètic primari significatiu. Això es deu a l'acceleració del procés invers en presència de diversos tipus d'obstacles.
Quan s'escull àcid sulfúric concentrat com a catalitzador i agent de deshidratació, s'observa un canvi en l'equilibri del procés cap a la formació de productes de reacció.
Conclusió
Quan el toluè es nitrat, es forma nitrotoluè, que és un producte valuós de la indústria química. És aquesta substància que és un compost explosiu, per la qual cosa es demanda en voladura. Entre els problemes ambientals associats a la seva producció industrial, destaquem l'ús d'una quantitat important d'àcid sulfúric concentrat.
Per fer front a aquest problema, els químics estan buscant maneres de reduir els residus d'àcid sulfúric generats pel procés de nitració. Per exemple, el procés es realitza a baixes temperatures, s'utilitzen medis fàcilment regenerables. L'àcid sulfúric té fortes propietats oxidants, que afecta negativament la corrosió dels metalls i suposa un major perill per als organismes vius. Si s'observen tots els estàndards de seguretat, es poden solucionar aquests problemes i es poden obtenir compostos nitro d' alta qualitat.
