Синтез нітробензойною кислоти

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.

скачати

Федеральне агентство з освіти
Державна освітня установа
вищої професійної освіти
«САМАРСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ»
Інженерно-технологічний факультет
Кафедра органічної хімії
Синтез м-нітробензойною кислоти
Курсова робота
Виконав студент
3 курсу, 3 групи
Кирилов Євген Володимирович
Науковий керівник
Д.х.н., професор Моісеєв І.К.
САМАРА 2007

ЗМІСТ
Зміст
1. Введення
2. Огляд літератури
3. Обговорення результатів
4. Експериментальна частина
4.1. Реагенти та обладнання
4.2. Методика експерименту
5. Висновки
6. Бібліографія

1. Введення
Ароматичними карбоновими кислотами називаються похідні бензолу, що містять карбоксильні групи, безпосередньо пов'язані з вуглецевими атомами бензольного ядра. Кислоти, що містять карбоксильні групи в бічному ланцюзі, розглядаються як жірноароматіческіе.
Ароматичні кислоти можуть бути розділені за кількістю карбоксильних груп на одно-, двох-і більше основні. Назви кислот, у яких карбоксильна група безпосередньо пов'язана з ядром, виробляються від ароматичних вуглеводнів. Назви кислот з карбоксілом в бічному ланцюзі проводяться зазвичай від найменувань відповідних кислот жирного ряду. Найбільше значення мають кислоти першого типу: наприклад, бензойна (бензолкарбоновая) С 6 Н 5-СООН, п-толуіловая
(П-толуолкарбоновая), фталева (1,2-бензолдікарбоновая), ізофталевої (1,3-бензолдікарбоновая), терефталева (1,4-бензолдікарбоновая):

З кислот другого типу відзначимо фенілоцтової кислоту (I), метілфенілуксусную,
або 2-фенілпропановую, кислоту (II):

Фізичні властивості
Монокарбонові кислоти ряду бензолу - безбарвні кристалічні речовини з температурою плавлення вище 100 ° С. Кислоти з пара-становищем заступників плавляться при значно більш високих температурах, ніж їх ізомери. Ароматичні кислоти киплять при трохи більш високих і плавляться при значно більш високих температурах, ніж кислоти жирного ряду з тим же числом вуглецевих атомів. Монокарбонові кислоти досить погано розчиняються у холодній воді і значно краще в гарячій. Нижчі кислоти летючі з парами води.
У водних розчинах монокарбонові кислоти виявляють більшу ступінь дисоціації, ніж кислоти жирного ряду: константа дисоціації бензойної кислоти 6,6 · 10 -5, оцтової кислоти 1,8 · 10 -5.
Окремі представники. Застосування
Бензол був відкритий Фарадеєм у 1825 р . і була встановлена ​​його брутто-формула-С 6 Н 6. У 1865 р . Кекуле запропонував його структурну формулу як ціклогексатріена-1, 3,5. Цією формулою користуються і в даний час, хоча вона, як пізніше буде показано, недосконала - не відповідає повністю властивостям бензолу.
Найбільш характерною особливістю хімічної поведінки бензолу є дивовижна інертність подвійних вуглець-вуглецевих зв'язків в його молекулі: на відміну від розглянутих; раніше неграничних сполук він стійкий до дії окислювачів (наприклад, перманганату калію в кислому і лужному середовищі, хромового ангідриду в оцтовій кислоті) і не вступає у звичайні реакції електрофільного приєднання, характерні для алкенів, алкадиенов і алкинов.
Намагаючись пояснити властивості бензолу особливостями будови, багато вчених слідом за Кекуле висували з цього приводу свої гіпотези. Оскільки непредельности бензолу явно не виявлялася, вважали, що подвійних зв'язків в молекулі бензолу немає. Так, Армстронг і Байєр, а також Клаус припустили, що в молекулі бензолу четверті валентності всіх шести атомів вуглецю направлені до центру і насичують один одного, Ладенбурге - що вуглецевий скелет бензолу являє собою призму, Чичибабін - що в бензолі вуглець трьохвалентний.
Тіле, вдосконалюючи формулу Кекуле, стверджував, що подвійні зв'язку в останньому не фіксовані, а постійно переміщаються-«осцилюючих», а Дьюар і Хюккеля запропонували структурні формули бензолу з подвійними зв'язками і малими циклами.

В даний час на підставі даних численних досліджень можна вважати твердо встановленим, що шість вуглецевих і шість водневих атомів в молекулі бензолу знаходяться в одній площині і що хмари π-електронів атомів вуглецю перпендикулярні площині молекули і, отже, паралельні один одному і взаємодіють між собою. Хмара кожного π-електрона перекривається хмарами π-електронів сусідніх вуглецевих атомів. Реальна молекула бензолу з рівномірним розподілом π-електронної густини по всьому кільцю може бути представлена ​​у вигляді плоского шестикутника, що лежить між двома торами.
Звідси випливає, що формулу бензолу логічно зображати у вигляді правильного шестикутника з кільцем всередині, підкреслюючи тим самим повну делокалізованность π-електронів в бензольному кільці і рівноцінність всіх вуглець-вуглецевих зв'язків у ньому. Справедливість останнього ув'язнення підтверджена, зокрема, результатами вимірювання довжин С-С-зв'язків в молекулі бензолу; вони однакові і рівні 0,139 нм (С-С-зв'язку в бензольному кільці коротше ординарних (3,154 нм), але довше подвійних (0,132 нм)) . Розподіл електронної густини в молекулі бензолу; довжини зв'язків, валентні кути

Бензойна кислота найпростіша ароматична кислота, C 6 H 5 COOH; безбарвні блискучі пластинки або голки з Тпл. 121,5 ° С, кристалогідрат плавиться при 90 ° С. Зустрічається у вільному стані в деяких смолах, особливо в бензойної смолі і в «драконовою крові» (червона тверда смола, що видобувається з одного виду пальми). У вигляді бензилового ефіру вона входить до складу перуанського бальзаму. Б. до у вигляді складних ефірів і солей міститься в різних природних ефірних маслах, наприклад гвоздикових. У вигляді гиппуровой кислоти (бензоілгліцін) міститься в сечі травоїдних тварин. Вперше виділена сублімацією на початку 17 ст. з бензойної смоли (РОСНО ладану), звідси і отримала назву. Б. до добре розчиняється в органічних розчинниках, у воді - погано; легко переганяється; переганяється з водяною парою. Отримують Б. до окисленням толуолу азотної або хромової кислотою, а також декарбоксилювання фталевої кислоти.
У медицині її застосовують при шкірних захворюваннях зовнішньо як антисептичний (протимікробну) і фунгіцидну (протигрибкову) кошти, а натрієву сіль Б. к. - як відхаркувальний засіб. Крім того, натрієву сіль Б. до використовують при консервуванні харчових продуктів. Складні ефіри Б. до (від метилового до амилового), що володіють сильним запахом, застосовують у парфумерній промисловості. Різні похідні Б. к., наприклад хлор-і нітробензойною кислоти, широко застосовують для синтезу фарбників. Еталон в калориметрії; основна речовина для установки титру лугів; для бензілірованія в органічному аналізі; розчинник при визначенні молекулярної ваги; для контролю досягалася максимальної температури в стерилізаторах. У продажу часто фальсифікується милом, цукром і багатьма кислотами. Фальсифікована Б. К. дає на нагрітому склі твердий осад.
ТЕХНІЧНІ ПОКАЗНИКИ (ст. ГОХП 27 - 1810)
кваліф
осн. вещ.
%
Т.пл
° С
Гранично допустимий вміст домішок%
Випробування
(Див. СТ. ГОХП)
хлориди
зуп. Прокаєв.
сірка
тяж. мет.
ч.д.а.
99,9
122-123
0,02
0,01
0,002
0,0005
На розчинність в аміаку
ч.
99,5
122-123
0,05
0,05
0,005
0,002
Дуже важливим похідним бензойної кислоти є її хлорангідриду - хлористий бензоїл. Це рідина з характерним запахом і сильним лакріматорним дією. Використовується як бензоілірующій агент.
Пероксид бензоїлу використовується як ініціатор для реакцій полімеризації, а також як відбілюючий агент для харчових олій, жирів, борошна.
Толуіловие кислоти. Метілбензойние кислоти називають толуіловимі кислотами. Вони утворюються при частковому окисненні о-, м-і п-ксилолів. NN-діетил-м-толуілмід є ефективним репелентом - препаратом, відлякує комах:

п-трет-Бутілбензойную кислоту одержують у промислових масштабах рідиннофазного окиснення трет-бутілтолуола у присутності розчинної солі кобальту в якості каталізатора. Застосовується у виробництві поліефірних смол.
Фенілоцтової кислоту отримують з хлористого бензил через нітрил або через магнійорганіческіе з'єднання. Це кристалічна речовина з т. пл. 76 ° С. Завдяки рухливості подородних атомів метилової групи легко вступає в реакції конденсації. Ця кислота і її ефіри застосовуються у парфумерії.
Сірчана кислота H 2 SO 4 - сильна двоосновна кислота. Безводна 100%-ва С. оскільки при кімнатній температурі є у великій мірі асоційоване з'єднання з довгими, утвореними на рахунок водневих зв'язків, цепевидной молекулами. При підвищенні температури ці ланцюжки руйнуються
Фізичні і хімічні властивості сірчаної кислоти. Безводна С. к. - безбарвна масляниста рідина, що застигає в кристалічні. масу при +10,37 °. При 279,6 З / 700 мм безводна С. до кипить з розкладанням до утворення азеотрошюй суміші, яка містить 98,3% H 2 SO 4 і 1,7% Н 2 О (ця суміш кипить при 338,8 °). С. до змішується з водою і SO 3 в будь-яких співвідношеннях. Додавання води до 100%-иой С. до призводить до зниження температури плавлення (бл. 12 0 на 1моль води), який відповідає освіті майже 2 часток з кожної молекули води.
Теплота випаровування складає 122,1 ккал / кг 100%-ної С. к., теплота плавлення 26,55 ккал / кг 100%-ної С. к.
Конц. С.к. - досить сильний окислювач, особливо при нагріванні. Вона окисляє HJ і частково HВr (але не HCI) до вільних галогенів, вугілля до С0 2, сірку до SO 2, а також багато металів (Сu, Hg і р.) - Золото і платина стійкі але відношенню до С. оскільки при будь-яких концентраціях і температурах. С. до з концентрацією вище 93% не діє на залізо. Разб. С. до легко розчиняє залізо з виділенням Н 2. Окислювальні властивості для разб. С. до нехарактерні. Діючи як окислювач, С. до звичайно відновлюється до SO 2. Однак найбільш сильними відновниками вона може бути відновлена ​​до S і навіть H 2 S. Копцю. С. до частково відновлюється газоподібним Н 2, через що і не може застосовуватися для його сушіння.
С. до дає два ряди солей: середні - сульфати, і кислі - бісульфату, причому останні в твердому стані виділені лише для небагатьох найбільш активних одновалентних металів - Na, К та ін
Отримання. У сучасній заводській практиці вихідною речовиною для отримання С. до служить сірчистий газ. Процес його переробки в С. до може бути виражений сумарним стехіометричним рівнянням:
SO 2 + 0,5 О 2 + п Н 2 О = Н 2 SO 4 + (п -1) Н 2 О
У промисловості цей процес здійснюється за допомогою двох різних способів - контактного і нитрозного.
Сутність контактного методу полягає в тому, що газоподібний SО 2, проходячи «місці з киснем або повітрям через каталізатор, окислюється до SO 3 по реакції:
SO 2 +0,5 О 2 = SO 3 + 22,97 ккал / моль
Отриманий SO 3 розчиняється у воді з утворенням С. к.
Сутність нитрозного методу полягає в тому, що випалювальних газ (після відповідного очищення його від пилу) обробляється С. к., в якій розчинені окисли азоту. Сірчистий ангідрид поглинається нітрозо, а потім окислюється оксидами азоту по реакції:
SO 2 + N 2 O 3 + H 2 O = Н 2 SO 4 + 2NO
Окис азоту виділяється з нітрозо, в якій вона погано розчинна, а потім частково окислюється киснем в газовій фазі до двоокису азоту: отримана суміш NO і NO 2 знову поглинається сірчаною кислотою і т. д. Окисли азоту не витрачаються, а повертаються у виробничий цикл . Але оскільки окисли азоту не повністю поглинаються сірчаною кислотою і частково несуться газами, що відходять, створюються безповоротні втрати.
Випускається декілька сортів С. к., які відрізняються вмістом Н 2 SO 4 і SO 3, а також складом і кількістю домішок. Камерна кислота містить (65% H 2 SO 4, баштова - 75%, Купоросное масло баштових систем - 90,5%, контактних - 92,5%. Олеум для нітроза містить 20,0% SO 3, олеум для інших цілей - 18 , 5% SO 3. С. до акумуляторна (сорт А і Б) містить 92-94% H 2 SO 4, але своєю якістю наближається до реактивної кислоті, яка містить 91,5 -95,6% H 2 SO 4.
Конц. С. к. - баштову, Купоросное масло і олеум - зберігають в сталевих нефутерованних баках. Для зберігання до-ти більш низької концентрації сталеві баки футерують кислототривкої керамікою. Олеум, Купоросное масло, баштову к-ту і меланж перевозять у звичайних сталевих залізничних цистернах. Камерну і більше слабку к-ту перевозять у сталевих цистернах, покритих всередині свинцем плі спеціальними кислототривкими матеріалами (поліізобутиленом, вініпластом та ін.) Цистерни для перевезення олеуму покривають зовні термоізоляцією щоб уникнути замерзання олеуму.
Техніка безпеки Сірчистий ангідрид SO 3 викликає роздратування шкіри, слизових оболонок носа, очей і верхніх дихальних шляхів. Поріг сприйняття запаху 0,006-0,003 мг / л. При аварійному виділення газу користуються фільтруючим протигазом. Допустима концентрація SO 2 0.01 мг / л. SO 3 у вільному стані в повітрі не міститься: з'єднуючись з нарами води, він утворює туман, що складається з дрібних крапель С. к. і утруднює дихання. Допустима концентрація в повітрі робочої зони - 0,001 мг / л. Оксиди азоту викликають кашель, відчуття задухи й сухості в горлі, блювоту і головний біль. Допустима концентрація окислів азоту в повітрі робочої зони 0,005 мг / л (в перерахунку на N 2 O 5). Допустима концентрація в повітрі робочої зони виробничих приміщень селенистий ангідриду 0,001 мг / л. У разі отруєння газами потерпілому необхідне свіже повітря, кисень, при сильних отруєннях - штучне дихання, медична допомога. Під дією С. к., меланжу і олеуму шкіра стає спочатку білої, потім бурою з почервонінням. При цьому навколишні тканини розпухають. При попаданні С. к. на шкіру її необхідно якомога швидше змити сильним струменем води, обпечене місце змочити 5%-ним розчином соди.
Застосування. С. до застосовується у виробництві мінеральних добрив, для одержання різноманітних мінеральних кислот і солей, всіляких органічних продуктів (у реакціях дегідратації (одержання етилового ефіру, складних ефірів), гідратації (етиловий спирт з етилену), сульфірованія (одержання проміжних продуктів у вироб- ве барвників), алкілування (одержання ізооктану, поліетиленгліколю, капролактаму н т.п.)), димоутворювальною і вибухових речовин, у нафтовій, металообробної, текстильної, шкіряної та ін галузях промисловості. Найбільшим споживачем С. до є проізводствово мінеральних добрив - суперфосфату і сульфату амонію.
Нітрат калію   KNO 3 Безбарвні прозорі кристали призматичні ромбічної системи. Щільність 2,109 г / см 3. Реактив стійкий на повітрі. Добре розчинний у воді (24,1% при 20 0 С) і розбавленому етиловому спирті, майже не розчиняється у абсолютному спирті. При 334 0 С плавиться в рухому рідину, яка при подальшому нагріванні розкладається на О 2 і KNO 2.
Чистий препарат легко отримати перекристалізацією технічної калієвої селітри.
Метою даної курсової роботи було отримання відносно чистої
м-нітробензойною кислоти з мінімально можливими домішками і з досить високим виходом.
2.Літературний огляд

Нітрування - реакція заміщення атома водню нітрогрупою. Іноді нітрогрупа може заміщати атоми галоида, сульфогрупп, карбоксильну групу та інші. Рідше нітрогрупу вводять в молекулу шляхом приєднання відповідного реагенту за місцем кратному зв'язку в ненасиченому з'єднанні.
Як нітруючою агентів найчастіше застосовуються такі сполуки або їх суміші:
1. азотна кислота різної концентрації;
2. суміш концентрованої азотної і концентрованої сірчаної кислот у співвідношенні 1:1 (нітрит суміш);
3. нітрати лужних металів у присутності сірчаної кислоти;
4. нітрати металів у присутності оцтового ангідриду і оцтової кислоти;
5. азотна кислота або суміш азотної та сірчаної кислот з оцтовим ангідридом або крижаної оцтової кислотою;
6. органічні нітрати;
7. азотистая кислота і чотириокис азоту.
Здатність органічних сполук до нітрування, тобто до заміни водню на групу NO 2, неоднакова. Насичені сполуки нітруючою з працею. Легко заміщається водень, який стоїть біля третинного атома вуглецю, але відомі також випадки нітрування метиленових груп. Ненасичені сполуки легко вступають в реакцію приєднання з сильними кислотами, в тому числі і азотної, утворюючи в останньому випадку нітропохідні. Реакція нітрування ароматичних сполук проходить, загалом, легко і є однією з найважливіших реакцій органічної хімії. Гетероциклічні сполуки також нітруючою досить легко, але важче, ніж ароматичні з'єднання.
Вплив температури на реакцію нітрування. При нитровании ароматичних сполук одним з найбільш важливих умов є дотримання температурного режиму. В окремих випадках перевищення заданої температури призводить до енергійного окислювання (окисляє дію азотної кислоти), що знижує виходи нітросполук. Певною мірою зміна температури реакції робить також вплив на місце вступу нітрогрупи, а також на ступінь нітрування; наприклад, підвищення температури при нитровании бензолу призводить до збільшення в продуктах реакції кількості про-динітробензолу.
Нітрування - реакція екзотермічна. Введення однієї нітрогрупи супроводжується виділенням близько 36,5 ккал / моль. Тепло виділяється також внаслідок розбавлення сірчаної кислоти (зазвичай входить до складу нітруючою суміші) водою, що утворюється в процесі реакції нітрування
RH + HONO 2 → RNO 2 + H 2 O.
Реакцію нітрування слід вести повільно, додаючи невеликими порціями нітруемое речовина до нітруючою суміші і одночасно охолоджуючи реакційну суміш.
Вплив перемішування. У тих випадках, коли нітруемое речовина не розчиняється в нітруючою суміші, реакційну суміш потрібно ретельно перемішувати або струшувати, оскільки практично процес нітрування відбувається тільки на кордоні двох фаз.
Місце введення нітрогрупи в бензольне ядро. Вступ нітрогуппи в ароматичне ядро в загальному узгоджується з правилом заміщення. Проте в певних умовах під час нітрування ароматичних сполук нітрогрупа вступає в положення, найбільш близьке до вже наявного заступнику, навіть у тих випадках, коли останній направляє заміщення в мета-або пара-положення. Наприклад, при нитровании нітробензолу, крім м-динітробензолу, утворюється близько 10% о-динітробензолу.
З похідних бензолу найбільш легко нітруючою сполуки, що містять гідроксильні та аміногрупи, а також алкіл-і галоідозамещенние, у цих випадках нітрогрупа вступає в орто-і пара-положення. Важче нітруючою нітросполуки, сульфокислоти, карбонові кислоти, у цих випадках нітрогрупа вступає в мета-положення.
Співвідношення утворюються про-і п-нітропохідних можна регулювати шляхом підбору відповідних нітруючою коштів. Наприклад, нітрування фенолу азотною кислотою дає майже рівні кількості про-і п-нітрофенолу, а нітрування толуолу - близько 60% о-нітротолуол. У той же час при нитровании ацетілнітратом (CH 3 COONO 2) кількість про-нітрофенолу зростає, а вихід про-нітротолуол досягає 90%.
Нітрування лабільних сполук. Для нітрування таких речовин, як альдегіди чи аміни, слід застосовувати спеціальні запобіжні заходи. Альдегіди слід нітровані при низькій температурі. Вільні аміни нітрит азотною кислотою, яка не містить оксидів азоту (щоб уникнути окислення і диазотирования), і в присутності великого надлишку сірчаної кислоти.
Нітрування азотною кислотою.
Нітрування практично є незворотною реакцією.
Для нітрування застосовується азотна кислота різної концентрації, але завжди в кількості приблизно на 50% більше, ніж потрібно згідно стехиометрическому розрахунком. Однак концентрація азотної кислоти (найбільш концентрована азотна кислота (d = 1,52) при температурі 15 0 С містить близько 99,67% HNO 3; бура, димить азотна кислота містить розчинені оксиди азоту (до 12% і вище) і на підставі її питомої ваги не можна судити про зміст HNO 3) відіграє істотну роль при реакції нітрування. Чим менше вміст води в кислоті, тим краще йде нітрування і тим менше воно супроводжується окисленням. У зв'язку з цим для нітрування ароматичних з'єднань застосовують концентровану азотну кислоту; в той же час для нітрування парафінових вуглеводнів застосовують розбавлену азотну кислоту, причому використовують окисляє дію розведеної кислоти, пов'язане з виділенням окислів азоту, які і є справжнім нітруючою агентом. Дія азотної кислоти залежить від температури; зниження температури реакції більшою мірою зменшує окислюють, ніж нітруючою дії кислоти. Нітрування аліфатичних сполук зазвичай проводять у запаяних трубках при температурі 100-140 0 С, застосовуючи розбавлену азотну кислоту. Однак іноді нітрування аліфатичних сполук можна проводити у відкритих посудинах. У результаті нітрування парафінів утворюються первинні або вторинні продукти нітрування або їх суміш. Вуглеводні з нормальною ланцюгом, а також вуглеводні з четвертинним атомом вуглецю нітруючою з великими труднощами. Алкілбензоли нітрит в бічний ланцюг розведеною азотною кислотою в запаяних трубках. Найбільш легко заміщується нітрогрупою атом водню, який стоїть біля третинного вуглецевого атома, і дещо важче водень у вторинного вуглецевого атома.
При дії концентрованої азотної кислоти на парафінові вуглеводні утворюється трохи полінітропроізводних, а також ряд продуктів окислення.
Ароматичні сполуки нітрит концентрованої азотної кислотою, однак вода, що утворюється в результаті реакції, розбавляє кислоту, що сприяє протіканню побічних реакцій окиснення. Цим методом нітрит ксилол, п-цимол (при температурі -15 0 С), псевдокумол і тетралін. В останньому випадку при нитровании нітруючою сумішшю смолообразниє побічні продукти не утворюються. При нитровании нафталіну азотною кислотою нітрогрупа переважно набирає α-положення, проте утворюється також невелика кількість і β-ізомеру.
Ароматичні альдегіди при нитровании азотною кислотою на холоду утворюють молекулярні сполуки - нітрати альдегідів, які легко перетворюються в нітропохідні альдегідів.
Нітрування азотною кислотою ароматичних кислот, що містять карбоксильну групу в бічному ланцюзі, йде з хорошими виходами.
Інакше протікає нітрування ароматичних сполук азотною кислотою в присутності ртуті або її солей, так зване окисне нітрування. При цьому, крім нітрування, відбувається гідроксилювання і утворюються нітрофенолу і полінітрофеноли або їх похідні.
Нітрування сумішшю азотної та сірчаної кислот.
Нітрування сумішшю концентрованих кислот.
Для того щоб уникнути розбавлення азотної кислоти, що виділяється під час нітрування водою, азотну кислоту застосовують у суміші з речовинами, що зв'язують воду. Для цього найчастіше застосовують концентровану сірчану кислоту, суміш якої з концентрованою азотною кислотою називається «нітруючою сумішшю». Присутність сірчаної кислоти в нітруючою суміші запобігає протіканню побічних реакцій і значно збільшує розчинність багатьох органічних речовин. Нітруючою агентом є іон нітронів NO 2, що утворюється за рівнянням:
HNO 3 + 2H 2 SO 4 → H 3 O + + NO 2 + + 2HSO 4 -.
Кращі виходи продуктів нітрування виходять при застосуванні сірчаної кислоти концентрацією ~ 90%.
Присутність невеликих кількостей азотистої кислоти зазвичай не впливає на виходи реакцій. Азотистая кислота також є нітрит агентом і іноді її присутність ініціює реакції, які не йдуть з чистим азотною кислотою. Однак у деяких випадках присутність азотистої кислоти шкідливо, наприклад при нитровании первинних ароматичних амінів (у зв'язку з можливістю утворення діазосоедінеій). Азотисту кислоту видаляють додаванням сечовини.
Нітруючою суміш готують шляхом змішування концентрованої азотної кислоти (d = 1,4 - 1,5) з концентрованою (d = 1,84) або димить сірчаної кислотою. Для нітрування азотну кислоту беру в кількості, близькому до теоретичного (105%). Для отримання полінітросоедіненій застосовують надлишок азотної кислоти (110 - 120%). Концентрацію сірчаної кислоти підбирають залежно від реакційної здатності нітруемого речовини і від числа вводяться нітрогрупи. Чим більше число вводяться нітрогрупи, тим більш концентрованою повинна бути сірчана кислота. Застосовується 92 - 93% - ва кислота, моногідрат або олеум з різним вмістом SO 3 (10 - 20% і навіть вище). Кількість сірчаної кислоти підбирають залежно від кількості води, що виділяється під час реакції. З точки зору економіки, для промислових процесів кількість сірчаної кислоти грає важливу роль. При введенні однієї нітрогрупи до кінця реакції на один моль кислоти має припадати не більше двох молей води, що утворюється під час реакції, а також введеної з азотною кислотою або нітруемим з'єднанням.
Нітруючою суміш зазвичай застосовують для нітрування ароматичних сполук. Для отримання мононітропроізводних в кожному конкретному випадку застосовують нітруючою суміш із строго певним співвідношенням азотної та сірчаної кислоти і води.
Нітрування нітратами лужних металів в присутності концентрованої сірчаної кислоти.
Цей метод застосовують у тих випадках, коли нітруючою суміш діє дуже слабо. Суміш нітратів лужних металів (KNO 3, NaNO 3, Ba (NO 3) 2) та сірчаної кислоти містить обидва реагенту звичайної нітруючою суміші (HNO 3 і H 2 SO 4), відрізняючись від неї, однак, тим, що в цьому випадку суміш не містить води, що вводиться разом з азотною кислотою, і разом з тим містить кислі сульфати лужних металів, які певним чином впливають на реакцію нітрування.
Нітрування за допомогою інших нітруючою агентів.
Нітрування нітратами в присутності оцтового ангідриду і оцтової кислоти.
У деяких випадках для нітрування використовують нітрати металів, наприклад міді, заліза, марганцю, кобальту і літію, в суміші з оцтовим ангідридом. Перевагою цього методу є можливість проведення реакції при низьких температурах, без осмоления, а також можливість направляти вводиться нітрогрупу тільки в одне певне положення. Наприклад, з аніліну при дії нітрату міді та оцтового ангідриду утворюється тільки про-нітроацетанілід, при дії нітрату літію - тільки п-нітроацетанілід. Додаток крижаної оцтової кислоти сприяє більш помірного перебігу реакції. Часто оцтовий ангідрид можна повністю замінити оцтовою кислотою. Наприклад, з фенолу при дії безводній оцтової кислоти та нітрату міді утворюється тільки про-нітрофенолу.
Нітрування сумішшю азотної кислоти або азотної та сірчаної кислот з оцтовим ангідридом або оцтовою кислотою.
Цей метод можна застосовувати як для аліфатичних, так і для ароматичних сполук. Таким чином нітрит, наприклад, стеаринову кислоту і ефір янтарної кислоти.
При нитровании ароматичних вуглеводнів у присутності оцтової кислоти нітрогрупа направляється в бічний ланцюг. При енергійному нитровании реакція може супроводжуватися окисленням. Цим методом отримують 3-нітро-4-оксібензальдегід з 4 - оксібензальдегіда.
Нітрування ефірами азотної кислоти.
Застосування органічних нітратів дозволяє проводити реакцію нітрування в абсолютно безводній середовищі, що іноді грає важливу роль. Для цієї мети перш за все застосовують алкілнітрати: метил-, етил-, бутил-і амілнітрат в нейтральній або навіть лужному середовищі. Вони мають цінної здатністю розчиняти багато органічні сполуки. Нітрування здійснюється у присутності алкоголятов калію або натрію. Внаслідок низьких температур кипіння алкілнітратов надлишок їх легко видаляти після закінчення реакції.
Енергійними нітруючою агентами є також ацетил-і бензоілнітрати (CH 3 COONO 2, C 6 H 5 COONO 2).
Бензол, толуол, нафталін, фенол та його ефіри, аніліди, хінолін і тіофен під дією ацетілнітрата дають мононітропроізводние з виходами, близькими до теоретичних. Перевагою цього методу для похідних бензолу є можливість направлення нітрогрупи майже виключно в орто-положення. Ацетілнітрат виключно чутливий до дії вологи, крім того, слід уникати його нагрівання, так як це може призвести до вибуху. Бензоілнітрат діє так само, як і ацетілнітрат, і володіє аналогічними властивостями; з ефірами фенолів він дає про-нітропохідні з теоретичним виходом.
Нітрування азотистої кислотою і четирехокісі азоту.
Багато органічні сполуки нітруючою водними розчинами азотистої кислоти, причому її дія грунтується на присутності четирехокісі азоту, що є енергійним нітруючою агентом.
Нітрування здійснюється дією водного розчину нітриту натрію в присутності мінеральних кислот (соляної чи сірчаної).
Газоподібної четирехокісі азоту можна безпосередньо нітровані парафінові вуглеводні. Для цього суміш сухий N 2 O 4 з парами вуглеводню пропускають через нагріту скляну трубку, наповнену скляними кільцями. У результаті реакції виходять похідні не тільки нітруемого вуглеводню, але і його нижчих гомологів, що утворюються за рахунок розриву ланцюга вуглеводневих атомів.
Безводна N 2 O 4 з працею реагує з бензолом, але в присутності надлишку концентрованої сірчаної кислоти при низьких температурах легко нітрит ароматичні вуглеводні.
Способи отримання одноосновних карбонових кислот ароматичного ряду
Одноосновні карбонові кислоти ароматичного ряду можуть бути отримані всіма загальними способами, відомими для кислот жирного ряду.
Окислення алкільних груп гомологів бензолу. Це один з найбільш часто застосовуваних способів отримання ароматичних кислот:

Окислення проводять або при кип'ятінні вуглеводню з лужним розчином перманганату калію, або при нагріванні в запаяних трубках з розведеною азотною кислотою. Як правило, цей метод дає добрі результати. Ускладнення бувають тільки в тих випадках, коли при дії окислювачів руйнується бензольне кільце.
Окислення ароматичних кетонів. Ароматичні кетони легко виходять реакцією Фріделя - Крафтса. Окислення зазвичай ведуть за допомогою гипохлоритов за схемою:

Однак можуть бути використані й інші окислювачі. Ацетопроізводние окислюються легше, ніж вуглеводні.
Гідроліз трігалогенопроізводних з галогенами в одного вуглецевого атома. При хлоруванні толуолу утворюється три види хлорпохідні: хлористий бензил (йде для одержання бензилового спирту), хлористий бензіліден (для отримання бензойного альдегіду), бензотріхлорід (переробляється в бензойну кислоту і в хлористий бензоїл). Безпосередній гідроліз бензотріхлоріда йде погано. Тому бензотріхлорід нагріванням з бензойну кислоту перетворюють на хлористий бензоїл, який далі при гідролізі легко дає бензойну кислоту:

Гідроліз нітрилів:

Цей спосіб широко застосовується в жирному ряду. У ароматичному ряду вихідні нітрили отримують з диазосоединений, з галогенпохідних обміном з ціанідом міді в піридині або сплавом сульфонатів з ціанідом калію. Нітрили кислот з нітрильних групою в бічному ланцюзі отримують обмінної реакцією з галогенпохідних.
Реакція ароматичних вуглеводнів з Галогенопохідні вугільної кислоти. Карбоксильну групу можна ввести в ядро за допомогою реакції, аналогічної синтезу кетонів по Фриделю - Крафтс. Каталізатором служить хлорид алюмінію:

Реакції металоорганічних сполук з СО 2:
Зазвичай исползуются літій-або магнійорганіческіе з'єднання.
Хімічні властивості
Ароматичні кислоти вступають у всі ті реакції, які властиві і кислот жирного ряду. Реакціями за участю карбоксильної групи отримують різні похідні кислот. Солі отримують дією кислот на карбонати або щелочі.Ефіри - нагріванням суміші кислоти і спирту у присутності мінеральної (зазвичай сірчаної) кислоти:

Якщо заступників в орто-положенні немає, то етерифікація карбоксильної групи відбувається так само легко, як у випадку аліфатичних кислот. Якщо одне з орто-положень заміщено, швидкість етерифікації сильно зменшується, а якщо обидва орто-положення зайняті, етерифікація зазвичай не йде (просторові труднощі).
Ефіри орто-заміщених бензойних кислот можуть бути отримані реакцією солей срібла з галогеналкіли (ефіри просторово утруднених ароматичних кислот легко і кількісно омилюваного у присутності краун-ефірів). Внаслідок просторових утруднень вони насилу піддаються гідролізу. Групи більші, ніж водень, в такій мірі заповнюють простір навколо вуглецевого атома карбоксильної групи, що ускладнюють освіту і омилення ефіру.
Гідроліз ефірів ароматичних кислот, так само як і гідроліз ефірів аліфатичних кислот, йде як в кислому, так і в лужному середовищі. При проведенні гідролізу в лужному середовищі електроноакцепторні заступники збільшують швидкість гідролізу, а електронодонорні уповільнюють реакцію. У зв'язку з цим константа ρ в рівнянні Гаммета для реакційних серій м-і п-заміщених ефірів має позитивне значення. Залежність констант швидкості гідролізу від величин σ представлена:

Хлорангидріди отримують дією на кислоти хлористого тіоніл або пентахлорид фосфору:

Ангідриди одержують перегонкою суміші кислоти з оцтовим ангідридом в присутності фосфорної кислоти чи дією хлорангидридов на солі:

При дії хлористого бензоїлу на пероксид натрію виходить кристалічний пероксид бензоїлу:

При дії алкоголята на пероксид бензоїлу виходить сіль надбензойной кислоти (гідропероксид бензоїлу). Ця кислота застосовується для одержання оксидів з неграничних сполук (реакція Прілежаєва):

Декарбоксилювання. При сплаві солі ароматичної карбонової кислоти з лугом карбоксильна група заміщується воднем. Звичайно як реагенту беруть натронним вапном:

Деякі відомості про природу бензольного кільця дають реакції, що супроводжуються розривом подвійних С-С-зв'язків. Так, наприклад, рівноцінність вуглець-вуглецевих зв'язків в бензольному кільці доведена відновлювальних озонуванням о-ксилолу. У результаті цієї реакції отримують всі три можливі продукту окислення - гліоксаль, метилгліоксалю і діацетил у співвідношенні, відповідно 3:2:1, що свідчить про те, що з рівною мірою ймовірності розщеплюється будь-яка з С-С-зв'язків бензольного кільця:

Бензол за відсутності каталізатора не реагує з бромом і хлором, демонструючи тим самим стійкість трьох подвійних зв'язків в його молекулі до дії електрофільних агентів. У той же час наявність останніх підтверджується взаємодією бензолу з хлором при опроміненні, що призводить до утворення гексахлороциклогексану (гексахлоран):

Цікава реакція за участю подвійних зв'язків спостерігається при опроміненні бензолу в рідкій фазі світлом з довжиною хвилі 253,7 нм. У цих умовах молекула бензолу перебудовується, перетворюючись на так звані валентні ізомери.

Таким чином, були отримані три структури з тих, які пропонувалися раніше для бензолу. Виявилося, що вони різко відрізняються за властивостями від останнього: легко окислюються (у тому числі водним розчином перманганату), бурхливо реагують з бромом.
У молекулі бензолу пов'язані подвійні зв'язки на відміну від таких у дієнів і інших пов'язаних системах стійкі до дії водню в момент виділення. Однак у присутності каталізаторів гідрування (платина, нікель) бензол перетворюється на циклогексан:

Ця реакція не тільки підтверджує будова бензолу (наявність циклогексанового скелета і трьох тг-зв'язків), її застосовують також для оцінки енергії його молекули.
Раніше на прикладі алкенів і алкадиенов було показано, як для такої мети використовують визначення теплот гідрування.
Вимірювання теплоти гідрування бензолу показало, що вона становить 206 кДж / моль, тобто істотно менше, ніж утроенное значення теплоти гідрування циклогексена (119 кДж / моль х 3 = 357 кДж / моль). Звідси випливає, що молекула бензолу має меншу енергію, ніж можна було очікувати, від ціклогексатріена. Різниця зазначених значень (357-206 кДж / моль) складає ~ 150 кДж / моль і називається енергією стабілізації або резонансу.
Схожа картина спостерігається при порівнянні значень теплот згоряння бензолу, обчислених за адитивною схемою і знайдених експериментально. Відповідна різниця виявилася рівною 159 кДж / моль. Отже, визначення енергії стабілізації (резонансу) молекули бензолу двома шляхами незалежними дало практично збігаються результати.
Заміщені одноосновні ароматичні кислоти
Нітробензойною кислоти
При нитровании бензойної кислоти виходить 78%-мета-, 20% орто-і 2% пара-нітробензойною кислот. Два останніх ізомеру без домішок інших ізомерів отримують окисленням орто-і пара-нітротолуол.
Нітробензойною кислоти мають більш сильними кислотними властивостями, ніж бензойна кислота (До = 6,6 · 10 -5): о-ізомер - в 100 разів, м-ізомер - в 4,7 рази і п-день заходів - у 5,6 рази. Аналогічна закономірність спостерігається і у випадку галогенозамещенних кислот.
Константи іонізації заміщених бензойних кислот
Заступник
Положення
орто-
мета-
пара-
CH 3
1.2 · 10 -4
5.3 · 10 -5
4.2 · 10 -5
OH
1.1 · 10 -3
8.3 · 10 -5
3.3 · 10 -5
OCH 3
8.0 · 10 -5
8.2 · 10 -5
3.4 · 10 -5
Br
1.4 · 10 -3
1.5 · 10 -4
1.0 · 10 -4
Cl
1.2 · 10 -3
1.5 · 10 -4
1.0 · 10 -4
NO 2
6.7 · 10 -3
3.1 · 10 -4
3.7 · 10 -4
Збільшення сили кислот з електроноакцепторними замісниками в п-і м-положенні пояснюється збільшенням рухливості кислотного протона завдяки ослабленню зв'язку О-Н (зменшення електронної щільності)

Рівняння Гаммета було вперше використано при вивченні дисоціації м-і п-заміщених бензойних кислот. Для цієї реакційної серії значення р було пріняторавним 1 і, отже, рівняння Гаммета мало вигляд lgК / К 0 = ρ σгде К - константа швидкості або константа рівноваги для заміщеного з'єднання; К 0 - аналогічна константа для незаміщених з'єднання; σ - константа, що характеризує полярне вплив заступника; ρ - константа, що визначає ступінь чутливості реакційного центру до полярних ефектів. Константа σ залежить тільки від природи замісника, а константа ρ - від характеру реакції.
З'єднання з різними заступниками, але з одним і тим же реакційним центром утворюють реакційну серію.
σ-Константи деяких заступників наведені в таблиці:
Заступник
σ
Заступник
σ
Мета-
Пара-
Мета-
Пара-
-H
0
0
-I
0.352
0.18
-CH3
-0.069
-0.17
-OH
0.127
-0.37
-C2H5
-0.07
-0.151
-O
-0.708
-0.519
-C (CH3) 3
-0.1
-0.197
-OCH3
0.115
-0.268
-CF3
0.43
0.54
-NH2
-0.16
-0.66
-COOH
0.355
0.265
-NHCOCH3
0.21
0
-COO-
-0.1
0
-N (CH3) 2
-0.211
-0.83
-COOC2H5
0.37
0.45
-N (CH3) 3
0.88
0.82
-C0CH3
0.376
0.502
-NO2
0.71
0.778
-F
0.337
0.062
-SO2
0.05
0.09
-CI
0.373
0.227
-SO2NH2
0.46
0.57
-Br
0.391
0.232
σ-Константа позитивна, якщо заступник відтягує електрони, і негативна, якщо заступник є донором електронів.
Залежно від механізму реакції величина ρ також приймає позитивні або негативні значення. Вона позитивна, якщо збільшення швидкості реакції викликано зменшенням електронної щільності в реакційному центрі, і негативна, якщо збільшення швидкості реакції пов'язане зі зростанням електронної щільності в реакційному центрі. Таким чином, за знаком ρ можна судити про механізм реакціі.Для визначення величини ρ достатньо вивчити кінетику перетворень ряду сполук, які входять у цю реакційну серію. Для всіх інших з'єднань серії можна розраховувати константи швидкості реакції, використовуючи значення σ з таблиці. В даний час використовується кілька систем реакційних констант σ, що враховують більш тонкі взаємні впливи атомів. Встановлення можливості застосування різних кореляційних рівнянь називається кореляційним аналізом.
Для σ-заміщених сполук проста кореляція звичайно не спостерігається, так як σ-заступники впливають один на одного не тільки індукційно, але й різними іншими способами (стеричних ефект, водневий зв'язок, ефект поля і т. д.).
Кореляційний аналіз використовується в органічній хімії для встановлення механізму реакцій, будови реагуючих речовин.
Заступники в о-положенні діють більш складно. Певну роль відіграє тут освіту водневого зв'язку. Останнім можна пояснити велику силу саліцилової кислоти в порівнянні з бензойної (у 17 разів):

Нітрування бензойної кислоти проводять у досить жорстких умовах нагріванням з такими реагентами, як димить азотна кислота, міцна нітруючою суміш, суміш нітратів лужних металів з концентрованою сірчаною кислотою. Як при нитровании нітробензолу, реакція призводить до утворення суміші нітропохідних, в якій переважає м-ізомер, а п-ізомер міститься лише в слідових кількостях:
3.Обсужденіе результатів
м-нітробензойною кислоту можна одержати при взаємодії бензойної кислоти з нітратом калію в сірчаної кислоти. Випав осад містить 78%-мета-, 20% орто-і 2% пара-нітробензойною кислот. Очищати м-нітробензойною кислоту можна двома способами:
I Осад переносимо в колбу для перегонки з водяною парою і відганяє непрореагіровавшіх бензойну кислоту.
м-нітробензойною кислоту очищаємо у вигляді барієвої солі. Для цього сиру кислоту розчиняємо в 20-кратному за масою кількості води і обробляємо гарячим розчином гідроксиду барію до слаболужної реакції. Потім додаємо воду і суміш кип'ятимо до повного розчинення осаду. Розчин фільтруємо через лійку для гарячого фільтрування, фільтрат охолоджуємо і продукт фільтрують.
Для отримання вільної кислоти барієву сіль кип'ятимо з 10%-ної соляної кислотою. Після охолодження випала м-нітробензойною кислоту фільтрують, промивають холодною водою і перекрісталлізовивают з води.
II Отриманий осад перекрісталлізовивают спочатку з етилового спирту, а потім з ацетону.
У результаті отримуємо білий кристалічний порошок з Т пл = 141-143. Літературна Т пл = 140-141.
У трегорлую колбу, забезпечену механічною мішалкою і термометром, вносимо сірчану кислоту і нагрівають на водяній бані до 70 0 С. Баню видаляємо і при постійному перемішуванні поступово маленькими порціями додаємо бензойну кислоту і нітрат калію, уважно стежачи за температурою, яка не повинна перевищувати. 80 0 С. Далі вміст колби нагріваємо на водяній бані при 85 ... 90 0 С до тих пір, поки на поверхні реакційної маси не утворюється масляний шар нітробензойною кислоти.
Після охолодження реакційну масу виливаємо в холодну воду, що випала в осад м-нітробензойною кислоту фільтрують, промивають спочатку холодною водою, а потім кілька разів гарячою. Очищаємо за методикою другого способу.
4. Експериментальна частина
Синтез м-нітробензойною кислоти.
4.1 Реагенти та обладнання
Реагенти: бензойна кислота, сірчана кислота (ρ = 1,84 г / см 3), нітрат калію, етиловий спирт,
ацетон;
Обладнання:

4.2Методіка експерименту

У трехгорлую колбу, забезпечену механічною мішалкою і термометром, вносимо 26мл сірчаної кислоти і нагріваємо на водяній бані до 70 0 С. Баню видаляємо і при постійному перемішуванні поступово додаємо суміш 10г бензойної кислоти і 20г нітрату калію, стежачи за температурою, яка не повинна перевищувати. 80 0 С. Потім вміст колби нагріваємо на водяній бані при 85 ... 90 0 С до тих пір, поки на поверхні реакційної маси не утворюється масляний шар нітробензойною кислоти. Після охолодження реакційну масу виливаємо в холодну воду, що випала в осад м-нітробензойною кислоту фільтрують, промивають спочатку холодною водою, а потім кілька разів гарячою.
Отриманий осад перекрісталлізовивают спочатку з етилового спирту, а потім з ацетону. У результаті отримуємо білий кристалічний порошок з Т пл = 141-142 0 С. Літературна Т пл = 140-141 0 С. Вихід 6,14 г (45,2% від теоретичного).

5.Висновок
Мною були вивчені фізичні і хімічні властивості ароматичних карбонових кислот, їх отримання і застосування. Проведена робота пошуку та аналізу необхідної літератури для отримання м-нітробензойною кислоти. У результаті було отримано потрібний продукт з досить високим виходом і ступенем чистоти. Речовина розчиняється в етиловому спирті, ацетоні.

6.Бібліографія
Книги
1 Земцова М.М. Методичні вказівки до виконання курсової роботи з
органічної хімії.
2. Хімічні реактиви і препарати Госхіміздат 1953, Стор. 241-242.
3. Карякін Ю.В., Ангелів І.І. Чисті хімічні речовини Вид. 4-е, пров. і доп. М.: Хімія 1974, Стор. 121-122.
4. «Коротка хімічна енциклопедія» Вид. Радянська енциклопедія, Т.4 М. 1965 Стор. 817-826.
5. Петров А.А., Балья Х.В., Трощенко А.Т. Органічна хімія: Підручник для вузів. - СПб: «Іван Федоров», 2002, Стор. 421-427.
6. Гітіс С.С., Око А.І., Іванов О. В. Практикум з органічної хімії:-М.: Вища шк., 1991. - 303.: Іл.
7. Шабаров Ю.С. Органічна хімія: Підручник для вузів в 2-х кн. - М.: Хімія, 1996.
Стор. 558-561, 626-629.
Сайти
1. http://merlin.com.ua/chem/nitro/nitroin.html.
2. http://www.xumuk.ru/encyklopedia/a.html.
3. http://slovari.yandex.ru/dict/brokminor.
Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Хімія | Курсова
132.5кб. | скачати


Схожі роботи:
Синтез нітрокарбоновой кислоти адамантана
Мікробіологічний синтез оцтової кислоти
Синтез нітрату 1 окси 3 адамантанкарбоновой кислоти
Синтез етилового ефіру 4 бромбенозойной кислоти
Синтез етилового ефіру 4-бромбенозойной кислоти
Синтез ізобутилового ефіру оцтової кислоти реакцією етерифікації
Витяг кремнефтористоводородной кислоти при процесі виробництва фосфорної кислоти
Нуклеїнові кислоти
Нуклеїнові кислоти
© Усі права захищені
написати до нас