มาดูว่าโทลูอีนมีไนเตรทอย่างไร ผลิตภัณฑ์กึ่งสำเร็จรูปจำนวนมากที่ใช้ในการผลิตวัตถุระเบิด ยาได้มาจากปฏิกิริยาดังกล่าว
ความสำคัญของไนเตรต
อนุพันธ์เบนซีนในรูปของสารประกอบอะโรมาติกไนโตรที่ผลิตขึ้นในอุตสาหกรรมเคมีสมัยใหม่ ไนโตรเบนซีนเป็นผลิตภัณฑ์ขั้นกลางในผลิตภัณฑ์อนิลีน น้ำหอม การผลิตยา เป็นตัวทำละลายที่ดีเยี่ยมสำหรับสารประกอบอินทรีย์หลายชนิด รวมทั้งเซลลูโลสไนไตรต์ ทำให้เกิดมวลเจลาตินด้วย ในอุตสาหกรรมปิโตรเลียม จะใช้เป็นสารทำความสะอาดน้ำมันหล่อลื่น ไนเตรชั่นของโทลูอีนให้เบนซิดีน, อะนิลีน, กรดอะมิโนซาลิไซลิก, ฟีนิลีนไดเอมีน
ลักษณะไนเตรชั่น
ไนเตรตมีลักษณะเฉพาะโดยการนำหมู่ NO2 เข้าสู่โมเลกุลของสารประกอบอินทรีย์ ขึ้นอยู่กับสารตั้งต้น กระบวนการนี้ดำเนินไปตามกลไกแบบรุนแรง นิวคลีโอฟิลิก อิเล็กโตรฟิลลิก ไนโตรเนียมไอออนบวก ไอออน และอนุมูลอิสระของ NO2 ทำหน้าที่เป็นอนุภาคแอคทีฟ ปฏิกิริยาไนเตรตของโทลูอีนหมายถึงการทดแทน สำหรับสารอินทรีย์อื่นๆไนเตรทแทนกันได้เช่นเดียวกับการเติมด้วยพันธะคู่
การเติมโทลูอีนในโมเลกุลอะโรมาติกไฮโดรคาร์บอนจะดำเนินการโดยใช้ส่วนผสมของไนเตรต (กรดซัลฟิวริกและกรดไนตริก) คุณสมบัติของตัวเร่งปฏิกิริยาแสดงโดยกรดซัลฟิวริก ซึ่งทำหน้าที่เป็นตัวขจัดน้ำในกระบวนการนี้
สมการกระบวนการ
ไนเตรตของโทลูอีนเกี่ยวข้องกับการแทนที่ไฮโดรเจนอะตอมหนึ่งอะตอมด้วยหมู่ไนโตร แผนภาพกระบวนการมีลักษณะอย่างไร
เพื่ออธิบายไนเตรชั่นของโทลูอีน สมการปฏิกิริยาสามารถแสดงได้ดังนี้:
ArH + HONO2+=Ar-NO2 +H2 O
ช่วยให้เราตัดสินเฉพาะการโต้ตอบทั่วไป แต่ไม่เปิดเผยคุณสมบัติทั้งหมดของกระบวนการนี้ สิ่งที่เกิดขึ้นจริงคือปฏิกิริยาระหว่างอะโรมาติกไฮโดรคาร์บอนและผลิตภัณฑ์กรดไนตริก
เนื่องจากผลิตภัณฑ์มีโมเลกุลของน้ำ ทำให้ความเข้มข้นของกรดไนตริกลดลง ไนเตรตของโทลูอีนจึงช้าลง เพื่อหลีกเลี่ยงปัญหานี้ กระบวนการนี้จะดำเนินการที่อุณหภูมิต่ำ โดยใช้กรดไนตริกมากเกินไป
นอกจากกรดซัลฟิวริก อะซิติกแอนไฮไดรด์ กรดโพลีฟอสฟอริก โบรอนไตรฟลูออไรด์ยังใช้เป็นสารขจัดน้ำ ช่วยลดการบริโภคกรดไนตริก เพิ่มประสิทธิภาพของปฏิสัมพันธ์
ความแตกต่างของกระบวนการ
ไนโตรเจนของโทลูอีนอธิบายไว้เมื่อปลายศตวรรษที่สิบเก้าโดย V.มาร์คอฟนิคอฟ. เขาจัดการเพื่อสร้างความเชื่อมโยงระหว่างการมีอยู่ของกรดซัลฟิวริกเข้มข้นในส่วนผสมของปฏิกิริยาและอัตราของกระบวนการ ในการผลิตไนโตรโทลูอีนสมัยใหม่ กรดไนตริกปราศจากน้ำถูกใช้ในปริมาณที่มากเกินไป
นอกจากนี้ ซัลโฟเนชันและไนเตรชั่นของโทลูอีนยังสัมพันธ์กับการใช้ส่วนประกอบกำจัดน้ำที่มีอยู่ของโบรอนฟลูออไรด์ การแนะนำในกระบวนการทำปฏิกิริยาทำให้สามารถลดต้นทุนของผลิตภัณฑ์ที่ได้ ซึ่งทำให้สามารถใช้ไนเตรชั่นของโทลูอีนได้ สมการของกระบวนการปัจจุบันในรูปแบบทั่วไปแสดงไว้ด้านล่าง:
ArH + HNO3 + BF3=Ar-NO2 + BF3 H2 O
หลังจากเสร็จสิ้นปฏิสัมพันธ์ น้ำจะถูกแนะนำ เนื่องจากโบรอนฟลูออไรด์โมโนไฮเดรตก่อตัวเป็นไดไฮเดรต มันถูกกลั่นในสุญญากาศ จากนั้นเติมแคลเซียมฟลูออไรด์ ทำให้สารประกอบกลับสู่รูปแบบเดิม
เฉพาะไนเตรชั่น
มีคุณลักษณะบางอย่างของกระบวนการนี้ที่เกี่ยวข้องกับการเลือกตัวทำปฏิกิริยา ซับสเตรตของปฏิกิริยา พิจารณาตัวเลือกบางส่วนโดยละเอียด:
- กรดไนตริก 60-65% ผสมกับกรดซัลฟิวริก 96%;
- ส่วนผสมของกรดไนตริก 98% และกรดซัลฟิวริกเข้มข้นเหมาะสำหรับสารอินทรีย์ที่มีปฏิกิริยาเล็กน้อย
- โพแทสเซียมหรือแอมโมเนียมไนเตรตที่มีกรดซัลฟิวริกเข้มข้นเป็นตัวเลือกที่ยอดเยี่ยมสำหรับการผลิตสารประกอบพอลิเมอร์ไนโตร
จลนพลศาสตร์ของไนเตรท
อะโรมาติกไฮโดรคาร์บอนที่ทำปฏิกิริยากับส่วนผสมของกำมะถันและกรดไนตริกถูกไนเตรทโดยกลไกไอออนิก V. Markovnikov จัดการเพื่ออธิบายลักษณะเฉพาะของการโต้ตอบนี้ กระบวนการดำเนินการในหลายขั้นตอน ประการแรกกรดไนโตรซัลฟิวริกจะก่อตัวขึ้นซึ่งผ่านการแตกตัวในสารละลายที่เป็นน้ำ ไอออนไนโตรเนียมทำปฏิกิริยากับโทลูอีน ทำให้เกิดไนโตรโทลูอีนเป็นผลิตภัณฑ์ เมื่อโมเลกุลของน้ำถูกเติมลงในส่วนผสม กระบวนการจะช้าลง
ในตัวทำละลายที่มีธรรมชาติอินทรีย์ - ไนโตรมีเทน, อะซีโตไนไตรล์, ซัลโฟเลน - การก่อตัวของไอออนบวกนี้ช่วยให้คุณเพิ่มอัตราการไนเตรต
ไอออนไนโตรเนียมที่ได้จะติดอยู่ที่แกนของอะโรมาติกโทลูอีนและเกิดสารประกอบขั้นกลางขึ้น ถัดไป โปรตอนถูกแยกออกจากกันซึ่งนำไปสู่การก่อตัวของไนโตรโทลูอีน
สำหรับคำอธิบายโดยละเอียดของกระบวนการต่อเนื่อง เราสามารถพิจารณาการก่อตัวของคอมเพล็กซ์ "sigma" และ "pi" การก่อตัวของ "ซิกม่า" คอมเพล็กซ์เป็นขั้นตอนที่ จำกัด ของการมีปฏิสัมพันธ์ อัตราการเกิดปฏิกิริยาจะเกี่ยวข้องโดยตรงกับอัตราการเติมไอออนบวกของไนตรอนกับอะตอมของคาร์บอนในนิวเคลียสของสารประกอบอะโรมาติก การกำจัดโปรตอนออกจากโทลูอีนแทบจะในทันที
เฉพาะในบางสถานการณ์เท่านั้นที่สามารถมีปัญหาการแทนที่ที่เกี่ยวข้องกับผลกระทบของไอโซโทปจลนศาสตร์ปฐมภูมิที่มีนัยสำคัญ นี่เป็นเพราะการเร่งความเร็วของกระบวนการย้อนกลับต่อหน้าสิ่งกีดขวางประเภทต่างๆ
เมื่อเลือกกรดซัลฟิวริกเข้มข้นเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาและตัวแยกน้ำ จะสังเกตเห็นการเปลี่ยนแปลงในสมดุลของกระบวนการไปสู่การก่อตัวของผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยา
สรุป
เมื่อโทลูอีนถูกไนเตรท ไนโตรโทลูอีนจะก่อตัวขึ้น ซึ่งเป็นผลิตภัณฑ์อันทรงคุณค่าของอุตสาหกรรมเคมี สารนี้เป็นสารประกอบที่ระเบิดได้ดังนั้นจึงเป็นที่ต้องการในการระเบิด ในบรรดาปัญหาสิ่งแวดล้อมที่เกี่ยวข้องกับการผลิตภาคอุตสาหกรรม เราสังเกตเห็นการใช้กรดซัลฟิวริกเข้มข้นในปริมาณมาก
เพื่อจัดการกับปัญหานี้ นักเคมีกำลังมองหาวิธีลดของเสียกรดซัลฟิวริกที่เกิดจากกระบวนการไนเตรต ตัวอย่างเช่น กระบวนการนี้ดำเนินการที่อุณหภูมิต่ำ ใช้สื่อที่สร้างใหม่ได้ง่าย กรดซัลฟิวริกมีคุณสมบัติในการออกซิไดซ์อย่างแรง ซึ่งส่งผลเสียต่อการกัดกร่อนของโลหะและก่อให้เกิดอันตรายต่อสิ่งมีชีวิตเพิ่มขึ้น หากปฏิบัติตามมาตรฐานความปลอดภัยทั้งหมด ปัญหาเหล่านี้สามารถจัดการได้และสามารถรับสารประกอบไนโตรคุณภาพสูงได้
