Получение м-нитробензойной кислоты из толуола
Дипломная работа - Химия
Другие дипломы по предмету Химия
ветствующих бромозамещающенных соединений.
1.2.4.2.2. Окисление
Метильная боковая цепь в толуоле подвергается окислению даже такими сравнительно мягкими окислителями, как оксид марганца (IV):
+ МnO2
- CH3 - CHO
Более сильные окислители, например перманганат калия, вызывают дальнейшее окисление:
CHO - COOH
1.3 Механизмы реакций получения
Механизм получения м-нитробензойной кислоты
Получение м-нитробензойной кислоты из толуола происходит в две стадии: пожалой наиболее главной является реакция нитрования.
Нитрование - это реакция электрофильного замещения. Реакцию обычно проводят смесью концентрированных азотной и серной кислот. Действующим агентом нитрования является образующийся в этой смеси катион нитрония +NO2:
Рассмотрим механизм реакции нитрования бензола
HNO3 + 2H2SO4 +NO2: + 2HSO4- + H3O
нитроний- гидроксоний- ион
катион
Далее нитроний-катион взаимодействует с ароматическим водородом, атакуя ?-облако бензола, в результате чего сначала образуется ?-комплекс, а затем ?-комплекс (карбониевый ион) с ковалентной связью между нитрогруппой и углеродным атомом бензольного кольца. В последней стадии ион HSO4- отрывает ион водорода и образуется продукт замещения - нитросоединение, причем т.к группа СООН является заместителем второго рода, группа NO2 ориентируется в мето-положение:
H
+ NO2 + NO2 / + НSO4-
- - NO2
\ - Н (быстро)
NO2
Схематично реакцию можно записать так.
АrН + НОNO2 Аr NO2 + Н2О
Присутствие в реакционной смеси воды мешает течению реакции, так как вода участвует в процессе, обратном образованию катиона нитрония. Поэтому для связывания выделяющейся в реакции воды берут избыток концентрированной серной кислоты.
2. Экспериментальная часть
.1 Получение бензойной кислоты
- CH3 + 2KMnO4 - COOK + 2MnO2 + KOH + H2O
- COOK + НCl - COOH + KCl
Реактивы: толуол 6 г, перманганат калия 21 г, 36% соляной кислоты
(?=1,18 г/см3) 9 мл.
Посуда и оборудование: круглодонная колба на 250 мл, холодильник Либиха, воронка Бюхнера, колба Бунзена, стакан на 25 мл. микроотсос.
Ход работы
В круглодонной колбе, снабженной обратным холодильником в течении 10 мин кипятят 21 г измельченного перманганата калия в 200 мл воды. Затем через холодильник к раствору окислителя добавляют 6-7 мл толуола и продолжают кипятить смесь на пеiаной бане в течение 2-3 часов. Если к моменту окончания реакции раствор не обесцветится к нему добавляют 2 мл спирта или 0,4 г щавеливой кислоты. После обесцвечивания раствора меняют обратный холодильник на прямой, отгоняют 50-60 мл воды, охлаждают смесь до 50-60С, на воронке Бюнхера отфильтровывают диоксид марганца и промывают его дважды горячей водой ( по 5 мл).
Полученный раствор калиевой соли бензойной кислоты взбалтывают с 0,6 г активированного угля и отфильтровывают на складчатом фильтре. Фильтрат нагревают до кипения, убирают нагрев, добавляют 9 мл концентрированной соляной кислоты до кислой реакции (рН=1) и постепенно охлаждают.
Выделившуюся из раствора бензойную кислоту отфильтровывают на микроотсосе, промывают водой сушат.
Получение м-нитробензойной кислоты
KNO3, H2SO4
- COOH - COOH + KHSO4 + H2O
/
NO2
Реактивы: бензойная кислота - 6 г (0,05 моль); серная кислота - 29 г (? = 1,84), нитрат калия - 12 г, гидрооксид бария - 21 г.
Посуда и оборудование: стакан форфоровый или трехгорлая колба вместимостью - 50 мл, мотор с мешалкой, установка для перегонки с водяным паром, колба, воронка Бюхнера, прибор для горячего фильтрования.
Ход работы
В фарфоровый стакан или трехгорлую колбу наливают 15,6 мл серной кислоты и нагревают на водяной бане до 70С (термометр в стакане ). Удаляют баню и при постоянном перемешивании постепенно прибавляют к раствору порошкообразную смесь 6 г бензойной кислоты и 12 г нитрата калия. Смесь прибавляют таким образом, чтобы температура реакционной массы не была выше 80С. В случае необходимости ее охлаждают с помощью бани с холодной водой. Затем реакционную массу нагревают на водяной бане при 80-90С до тех пор, пока на поверхности не образуется масленый слой нитробензойной кислоты, которая после охлаждения затвердевает. Нижний слой, содержащий смесь KHSO4 и H2SO4 отделяют, а оставшийся осадок промывают холодной водой и дважды кипящей водой.
Очищается м-нитробензойная кислота в виде бариевой соли, которая очень мало растворима в холодной воде. Сырую м-нитробензойную кислоту растворяют в 20-ти кратном (по массе) количестве воды и обрабатывают горячим раствором гидрооксида бария до слегка щелочной реакции. Затем добавляют 250 мл воды и кипятят смесь до полного растворения осадка. Горячий раствор фильтруют и после охлаждения отфильтровывают бариевую соль м-нитробензойной кислоты.
Для получения свободной м-нитробензойной кислоты и ее бариевую соль нагревают с 10-% соляной ки