硝化反应的主要方法
硝化过程在液相中进行,通常采用釜式反应器。根据硝化剂和介质的不同,可采用搪瓷釜、钢釜、铸铁釜或不锈钢釜。用混酸硝化时为了尽快地移去反应热以保持适宜的反应温度,除利用夹套冷却外,还在釜内安装冷却蛇管。产量小的硝化过程大多采用间歇操作。产量大的硝化过程可连续操作,采用釜式连续硝化反应器或环型连续硝化反应器,实行多台串联完成硝化反应。环型连续硝化反应器的优点是传热面积大,搅拌良好,生产能力大,副产的多硝基物和硝基酚少。
硝化方法主要有:稀硝酸硝化、浓硝酸硝化、在浓硫酸中用硝酸硝化、在有机溶剂中用硝酸硝化和非均相混酸硝化等。
硝化方法主要有以下几种:
(1)稀硝酸硝化一般用于含有强的第一类定位基的芳香族化合物的硝化,反应在不锈钢或搪瓷设备中进行,硝酸约过量10~65%。
(2)浓硝酸硝化这种硝化往往要用过量很多倍的硝酸,过量的硝酸必需设法利用或回收,因而使它的实际应用受到限制。
(3)浓硫酸介质中的均相硝化当被硝化物或硝化产物在反应温度下为固体时,常常将被硝化物溶解于大量浓硫酸中,然后加入硫酸和硝酸的混合物进行硝化。这种方法只需要使用过量很少的硝酸,一般产率较高,缺点是硫酸用量大。
(4)非均相混酸硝化当被硝化物或硝化产物在反应温度下都是液体时,常常采用非均相混酸硝化的方法,通过强烈的搅拌,使有机相被分散到酸相中而完成硝化反应。
(5)有机溶剂中硝化这种方法的优点是采用不同的溶剂,常常可以改变所得到的硝基异构产物的比例,避免使用大量硫酸作溶剂,以及使用接近理论量的硝酸。常用的有机溶剂有乙酸、乙酸酐、二氯乙烷等。
硝基生产
将苯、混酸和循环废酸分别经过转子流量计连续地送入第一硝化反应器,反应物流经第二和第三硝化反应器后进入连续分离器。分出的硝基苯经水洗、碱洗、水洗、蒸馏即得工业品硝基苯。分出的废酸一部分作为循环废酸送回第一硝化反应器,以吸收硝化反应释放的部分热量并使混酸稀释,以减少多硝基物的生成。大部分废酸要另外浓缩成浓硫酸,再用于配制混酸。
烷烃生产
烷烃硝化采用气相反应,将预热后的丙烷与液体硝酸同时送入反应器,在370~450°C和0.8~1.2MPa条件下反应,反应在绝热反应器中进行。利用过量的丙烷和酸的汽化移走反应热。硝化产物经冷凝,液相产物先经化学处理再精制得四种硝基烷烃成品,气相产物分别送丙烷和氧化氮回收系统。
就是相当于甲烷的硝化,因为醋酸脱羧就是甲烷。
但是甲烷不能直接被硝化,所以个人认为机理是硝化再脱羧,再硝化,下列过程供参考。
CH3COOCOCH3+3HNO3→C(NO2)3COOCOCH3+3H2O
C(NO2)3COOCOCH3+H2O→C(NO2)3COOH+CH3COOH
C(NO2)3COOH→CH(NO2)3+CO2↑
CH(NO2)3+HNO3=C(NO2)4+H2O
但是由于要确保无水氛围,醋酐过量,所以不建议写产生水,生成的水合醋酐反应产生醋酸,
【4(CH3CO)2O+4HNO3→C(NO2)4+7CH3COOH+CO2↑】
希望对你有帮助O(∩_∩)O~
主要试剂:苯胺,盐酸,三氯甲烷,浓硫酸,氯气(自制),乙酸酐,发烟硝酸,冰乙酸,氢氧化钠,四氯化碳,均为分析纯。
主要仪器:自动元素分析仪240B(美国PE公司),富里哀变换红外仪170SX(美国NICALET公司),X4型显微熔点测定仪常用玻璃容器。
1.2.2 N-硝基-2,4,6-三氯苯胺的合成
搅拌下将发烟硝酸缓慢滴入乙酸酐中(温度不高于18e),即生成乙酰硝酸(CH3COO-NO2)。然后将一定量2,4,6-氯苯胺用适量冰乙酸溶解,同时加入少量乙酸酐作催化剂。2,4,6-三氯苯胺、乙酸酐、发烟硝酸按1.0:1.7:1.5(摩尔比)投料,搅拌下慢慢滴加乙酰硝酸(控温8~10e),滴加完毕,在室温下继续搅拌0.5h,停止反应,将反应混合物倾入冰水中充分搅拌,抽滤。将滤饼溶于5%NaOH溶液中,抽滤除去不溶物,滤液用2mol/L盐酸中和至溶液呈酸性,此
时析出乳白色沉淀,减压抽滤,将沉淀水洗至中性,烘干。四氯化碳重结晶得纯品,产率85%。
三氯苯胺的元素分析为:分子式C6H4Cl3NW(C)理论值=36.64%(实测值36.59%)W(H)理论值=2.04%(实测值2.03%)W(N)理论值=71.2%(实测值7.09%)。从元素分析结果可知,实测值与理论值相符,推测产物分子式
应为C6H4Cl3N。用富里哀变换红外仪170SX(KBr压片)测得产品的IR谱如图1。3350cm-1为N-H伸缩振动,1615cm-1、1470cm-1为苯环骨架动,1075cm-1为伯胺C-N伸缩振动,858cm-1为四取代苯环弯曲振动特征吸收。产物熔点为79.5~78.5℃,与文献值(7815e)一致。
N-硝基-2,4,6-三氯苯胺的元素分析为:分子式C6H3O2N2Cl3W(C)理论值=29.81%(实测值29.80%)W(H)理论值=1.24%(实测值1.22%)W(N)理论值=1.159%(实测1.158%)。元素分析实测值与理论值相符。其IR光谱如图2。解析为:3212cm-1为N-H伸缩动,16.7cm-1、14.5cm-1为苯环骨架振动,1552cm-1为N-NO2反对称伸缩振动,1232cm-1为N-NO2对称伸缩振动,1319cm-1为仲胺C-N伸缩振动,884cm-1为四取代苯环弯曲振动特征吸收,821cm-1为N-O伸缩振动。产物熔点13810~13815e,与文献值3815e一致。说明目标化合物应是N-硝基-2,4,6-三氯苯胺。
2.2 反应条件对产率的影响
在2,4,6-三氯苯胺的合成过程中,干燥HCl和Cl2的量直接影响产率,故要提高产率,HCl和Cl2的量必须充足。其具体影响未作定量研究。在合成N-硝基-2,4,6-三氯苯胺的过程中,考察了2,4,6-三氯苯胺、乙酸酐、发烟硝酸的不同配比对产率的影响,最后确定三者按摩尔比1.0:1.7:1.5投料产物收率最高。且在生成乙酰硝酸的过程中,温度不能高于18e,温度过高会加快发烟硝酸中有效成分的挥发,影响硝化剂的生成,从而降低产率。一定量的三氯苯胺以冰乙酸溶解后,应加少量乙酸酐作催化剂,以吸收系统中可能存在的水分,避免硝化剂乙酰硝酸的分解。
C4H5N+HNO3+(CH3COO)2O→NO2-C4H4N+2CH3COOH
NO2-C4H4N+HNO3+(CH3COO)2O→(NO2)2-C4H3N+2CH3COOH
反应条件温和,醋酐只需保证体系无水,室温即可,而醋酸需要浓硫酸脱水催化高温下才可反应
分离方便,醋酐反应后体系依旧无水,而醋酸反应后生成的水使得产物分离成为一个比较麻烦的问题,使用的分离手段复杂且会造成产物分解
产物纯净,由于醋酸的反应必须用浓硫酸催化,可能出现脱水多聚等副反应,醋酐则没有这个问题
因为阿司匹林的羟基是一个酚羟基,和苯环存在p-π共轭使得氧上的孤对电子性不突出,对羧酸的亲核进攻活性差,所以要用活性比羧酸强的酸酐,酸酐中和羰基碳相连的是一个氧,但是氧旁边是一个强吸电子基团羰基,所以使得羰基碳的电正性突出,容易被羟基氧进行亲核进攻。而且酸酐可以起到吸收反应产生的水的作用。
当然,酰氯是活性最强的,但是酰氯不但价格昂贵,而且在空气中不稳定,生成的气体对设备有腐蚀性,所以工业上不用酰氯
如果用冰醋酸作酰化剂,需要用分馏柱,分馏柱上端接温度计和冷凝管。将反应物加热到沸腾,直到有冰醋酸被蒸出。收集足量的醋酸直到反应完成。
这是因为冰醋酸的酰化是可逆的,蒸出的冰醋酸会带出反应生成的水,从而迫使平衡向生成物方向移动。
酰化反应为什么选用醋酐而不用醋酸作酰化剂 - :[答案] 1、醋酸酐容易断键,反应较快 2、醋酸酐能吸水,有利于反应的进行 3、无副反应,生成物较纯
进行乙酰化反应时,一般采用醋酐做酰化剂,请问做酰化反应应一般情况下要注意哪些问题? - :[答案] 就是常规的无水操作就好,有水的话你的反应肯定做不顺.简单说,就是反应用氮气保护一下.投料,称量的时候找个干的地方,手快点.一般都没有问题.
酰化反应为什么选用醋酐而不用醋酸作酰化剂 - : 产物转化率高,醋酐的转化率都在90%以上,醋酸一般不到60% 反应条件温和,醋酐只需保证体系无水,室温即可,而醋酸需要浓硫酸脱水催化高温下才可反应 分离方便,醋酐反应后体系依旧无水,而醋酸反应后生成的水使得产物分离成为一个比较麻烦的问题,使用的分离手段复杂且会造成产物分解 产物纯净,由于醋酸的反应必须用浓硫酸催化,可能出现脱水多聚等副反应,醋酐则没有这个问题
对乙酰氨基酚的制备中为什么选用醋酐而不用醋酸 - : 因为醋酸酐的活性比醋酸高,易于反应
在芳香胺的乙酰化反应中,为什么用冰醋酸或乙酸酐作为酰化剂比用乙酰氯更好? - :[答案] 乙酰氯是三种酰基化试剂中活性最高的,很难控制反应条件,价格也是最高的,所以一般实验室是不用的. 乙酸酐的活性其次,乙酸的活性最低,但是实验室用得最多的却是乙酸,因为芳胺与乙酸酐反应时,常伴有二乙酰胺副产物的生成.
酰化为什么用醋酸不用酸酐 - : 一般情况下两者都可以使用,醋酸反应较慢但价格便宜,醋酐活性高但价格较贵.要根据情况选择.在酰化一些不活泼基团时往往选用醋酐.在实验室中,方便是第一位的,故醋酐应用较多工业上成本较为重要,故醋酸应用较多.
用醋酸直接酰化和用醋酸酐进行酰化个有什么优缺点 - : 醋酸的优点:不与被提纯物质发生化学反应溶剂易挥发,易与结晶分离除去, 能给出较好的结晶价格低、毒性小、易回收、操作安全. 缺点:反应较慢 醋酸酐的优点:1、醋酸酐容易断键,反应较快 2、醋酸酐能吸水,有利于反应的进行 3、无副反应,生成物较纯.缺点:容易水解 除此之外还有酰氯可作为乙酰化试剂
在阿司匹林的制备中为什么要使用醋酐来代替醋酸? - : 不可以,醋酐是阿司匹林合成的反应物,而醋酸是生成物之一
阿司匹林和扑热息痛合成为什么一个用醋酐一个用醋酸? - : 因为酚羟基的活性比氨基弱,所以合成阿司匹林需要用活性高的酰化试剂,而扑热息痛用醋酸
用醋酸酐进行乙酰化时,加入盐酸和醋酸钠的目的是什么? - : 加入盐酸是为了创造反应的酸性环境.由于该反应可逆,所以要加醋酸钠以增加醋酸酐的浓度,促进反应向乙酰化的正反应进行