Եկեք խոսենք, թե ինչպես է տոլուոլը նիտրացվում: Նման փոխազդեցությունից ստացվում է հսկայական քանակությամբ կիսաֆաբրիկատներ, որոնք օգտագործվում են պայթուցիկ նյութերի, դեղագործական նյութերի արտադրության մեջ։
Նիտրացիայի կարևորությունը
Բենզոլի ածանցյալները արոմատիկ նիտրոմիացությունների տեսքով արտադրվում են ժամանակակից քիմիական արդյունաբերության մեջ։ Նիտրոբենզոլը միջանկյալ արտադրանք է անիլինի, օծանելիքի, դեղագործական արտադրության մեջ։ Այն հիանալի լուծիչ է բազմաթիվ օրգանական միացությունների, այդ թվում՝ ցելյուլոզայի նիտրիտի համար՝ դրա հետ դոնդողանման զանգված կազմելով։ Նավթային արդյունաբերության մեջ այն օգտագործվում է որպես քսանյութ մաքրող միջոց։ Տոլուոլի նիտրացումը տալիս է բենզիդին, անիլին, ամինսալիցիլաթթու, ֆենիլենդիամին:
Նիտրացիոն հատկանիշ
Նիտրացումը բնութագրվում է օրգանական միացության մոլեկուլում NO2 խմբի ներմուծմամբ։ Կախված սկզբնական նյութից՝ այս պրոցեսն ընթանում է արմատական, նուկլեոֆիլ, էլեկտրոֆիլ մեխանիզմով։ Նիտրոնիումի կատիոնները, իոնները և NO2 ռադիկալները գործում են որպես ակտիվ մասնիկներ։ Տոլուոլի նիտրացման ռեակցիան վերաբերում է փոխարինմանը: Այլ օրգանական նյութերի համարհնարավոր է փոխարինող նիտրացիա, ինչպես նաև կրկնակի կապի միջոցով ավելացում։
Տոլուոլի նիտրացումը արոմատիկ ածխաջրածնի մոլեկուլում իրականացվում է նիտրացնող խառնուրդի միջոցով (ծծմբային և ազոտական թթուներ): Կատալիտիկ հատկությունները դրսևորվում են ծծմբաթթվի կողմից, որն այս գործընթացում գործում է որպես ջուրը հեռացնելու միջոց:
Գործընթացի հավասարում
Տոլուոլի նիտրացումը ներառում է ջրածնի մեկ ատոմի փոխարինումը նիտրոխմբով: Ինչպիսի՞ն է գործընթացի դիագրամը:
Տոլուոլի նիտրացումը նկարագրելու համար ռեակցիայի հավասարումը կարող է ներկայացվել հետևյալ կերպ.
ArH + HONO2+=Ar-NO2 +H2 O
Այն թույլ է տալիս մեզ դատել միայն փոխազդեցության ընդհանուր ընթացքը, բայց չի բացահայտում այս գործընթացի բոլոր առանձնահատկությունները: Այն, ինչ իրականում տեղի է ունենում, ռեակցիա է անուշաբույր ածխաջրածինների և ազոտաթթվի արտադրանքների միջև:
Հաշվի առնելով, որ արտադրանքներում ջրի մոլեկուլներ կան, դա հանգեցնում է ազոտաթթվի կոնցենտրացիայի նվազմանը, ուստի տոլուոլի նիտրացումը դանդաղում է։ Այս խնդրից խուսափելու համար այս պրոցեսն իրականացվում է ցածր ջերմաստիճանի պայմաններում՝ ավելորդ ազոտաթթվի օգտագործմամբ։
Բացի ծծմբական թթվից, քացախաթթվային անհիդրիդից, պոլիֆոսֆորական թթուներից, բորի տրիֆտորիդն օգտագործվում է որպես ջրահեռացնող միջոց։ Դրանք հնարավորություն են տալիս նվազեցնել ազոտաթթվի սպառումը, բարձրացնել փոխազդեցության արդյունավետությունը։
Գործընթացի նրբությունները
Տոլուոլի նիտրացումը նկարագրվել է XIX դարի վերջին Վ. Մարկովնիկով. Նրան հաջողվել է կապ հաստատել ռեակցիայի խառնուրդում խտացված ծծմբաթթվի առկայության և գործընթացի արագության միջև։ Նիտրոտոլուոլի ժամանակակից արտադրության մեջ օգտագործվում է անջուր ազոտաթթու՝ որոշ չափով վերցված։
Բացի այդ, տոլուոլի սուլֆոնացումը և նիտրացումը կապված են բորի ֆտորիդի ջրահեռացնող հասանելի բաղադրիչի օգտագործման հետ: Դրա ներմուծումը ռեակցիայի գործընթացին հնարավորություն է տալիս նվազեցնել ստացված արտադրանքի արժեքը, ինչը հասանելի է դարձնում տոլուոլի նիտրացումը: Ընթացիկ գործընթացի հավասարումը ընդհանուր ձևով ներկայացված է ստորև՝
ArH + HNO3 + BF3=Ar-NO2 + BF3 H2 O
Փոխազդեցության ավարտից հետո ներմուծվում է ջուր, որի շնորհիվ բորի ֆտորի մոնոհիդրատը ձևավորում է դիհիդրատ։ Այն թորում են վակուումի մեջ, այնուհետև ավելացնում են կալցիումի ֆտորիդը՝ միացությունը վերադարձնելով իր սկզբնական ձևին։
Նիտրացիայի առանձնահատկություններ
Այս գործընթացի որոշ առանձնահատկություններ կան՝ կապված ռեակտիվների, ռեակցիայի սուբստրատի ընտրության հետ: Դիտարկենք դրանց որոշ տարբերակներ ավելի մանրամասն՝
- 60-65% ազոտական թթու խառնված 96% ծծմբաթթվի հետ;
- 98% ազոտաթթվի և խտացված ծծմբաթթվի խառնուրդը հարմար է թեթևակի ռեակտիվ օրգանական նյութերի համար;
- կալիումի կամ ամոնիումի նիտրատը խտացված ծծմբաթթվով հիանալի ընտրություն է պոլիմերային նիտրոմիացությունների արտադրության համար:
Նիտրացիոն կինետիկա
Արոմատիկ ածխաջրածիններ, որոնք փոխազդում են ծծմբի ևազոտական թթուները նիտրացվում են իոնային մեխանիզմով։ Վ. Մարկովնիկովին հաջողվել է բնութագրել այս փոխազդեցության առանձնահատկությունները։ Գործընթացն ընթանում է մի քանի փուլով. Նախ ձևավորվում է նիտրոսծմբաթթու, որը ջրային լուծույթում տարանջատվում է։ Նիտրոնիումի իոնները փոխազդում են տոլուոլի հետ՝ որպես արտադրանք առաջացնելով նիտրոտոլուեն։ Երբ խառնուրդին ավելացվում են ջրի մոլեկուլներ, գործընթացը դանդաղում է։
Օրգանական բնույթ ունեցող լուծիչներում՝ նիտրոմեթան, ացետոնիտրիլ, սուլֆոլան, այս կատիոնի առաջացումը թույլ է տալիս բարձրացնել նիտրացման արագությունը։
Ստացված նիտրոնիումի կատիոնը կցվում է արոմատիկ տոլուոլի միջուկին և առաջանում է միջանկյալ միացություն։ Այնուհետև պրոտոնն անջատվում է, ինչը հանգեցնում է նիտրոտոլուենի ձևավորմանը:
Ընթացիկ գործընթացի մանրամասն նկարագրության համար կարող ենք դիտարկել «սիգմա» և «պի» բարդույթների ձևավորումը։ «Սիգմա» համալիրի ձևավորումը փոխազդեցության սահմանափակող փուլն է։ Ռեակցիայի արագությունը ուղղակիորեն կապված կլինի նիտրոնիումի կատիոնի ավելացման արագության հետ ածխածնի ատոմին արոմատիկ միացության միջուկում: Պրոտոնի հեռացումը տոլուոլից գրեթե ակնթարթային է։
Միայն որոշ իրավիճակներում կարող են լինել փոխարինման խնդիրներ, որոնք կապված են զգալի առաջնային կինետիկ իզոտոպային էֆեկտի հետ: Դա պայմանավորված է տարբեր տեսակի խոչընդոտների առկայության դեպքում հակառակ գործընթացի արագացմամբ:
Խիտ ծծմբաթթուն ընտրելիս որպես կատալիզատոր և ջրազրկող միջոց, նկատվում է գործընթացի հավասարակշռության փոփոխություն դեպի ռեակցիայի արտադրանքի ձևավորում:
Եզրակացություն
Երբ տոլուոլը նիտրացվում է, առաջանում է նիտրոտոլուոլ, որը քիմիական արդյունաբերության արժեքավոր արտադրանք է։ Հենց այս նյութն է պայթուցիկ միացություն, հետևաբար այն պահանջարկ ունի պայթեցման մեջ։ Արդյունաբերական արտադրության հետ կապված բնապահպանական խնդիրների շարքում մենք նշում ենք խտացված ծծմբաթթվի զգալի քանակի օգտագործումը։
Այս խնդիրը լուծելու համար քիմիկոսները ուղիներ են փնտրում նիտրացման գործընթացից առաջացած ծծմբաթթվի թափոնները նվազեցնելու համար: Օրինակ՝ գործընթացն իրականացվում է ցածր ջերմաստիճանի պայմաններում, օգտագործվում են հեշտությամբ վերականգնվող կրիչներ։ Ծծմբաթթուն ունի ուժեղ օքսիդացնող հատկություններ, ինչը բացասաբար է անդրադառնում մետաղների կոռոզիայի վրա և մեծ վտանգ է ներկայացնում կենդանի օրգանիզմների համար: Եթե պահպանվեն անվտանգության բոլոր չափանիշները, այս խնդիրները կարող են լուծվել, և կարելի է ձեռք բերել բարձրորակ նիտրոմիացություններ:
