Синтез нитробензойной кислоты

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Инженерно-технологический факультет

Кафедра органической химии

Синтез м-Нитробензойной кислоты

Курсовая работа

Выполнил студент

3 курса, 3 группы

Кириллов Евгений Владимирович

Научный руководитель

Д.х.н., профессор Моисеев И.К.

САМАРА 2007

СОДЕРЖАНИЕ

Содержание

1. Введение

2. Обзор литературы

3. Обсуждение результатов

4. Экспериментальная часть

4.1. Реагенты и оборудование

4.2. Методика эксперимента

5. Выводы

6. Библиография

1. Введение

Ароматическими карбоновыми кислотами называются производные бензола, содержащие карбоксильные группы, непосредственно связан-ные с углеродными атомами бензольного ядра. Кислоты, содержащие кар-боксильные группы в боковой цепи, рассматриваются как жирноароматические.

Ароматические кислоты могут быть разделены по количеству карбо-ксильных групп на одно-, двух- и более основные. Названия кислот, у ко-торых карбоксильная группа непосредственно связана с ядром, произво-дятся от ароматических углеводородов. Названия кислот с карбоксилом в боковой цепи производятся обычно от наименований соответствующих кислот жирного ряда. Наибольшее значение имеют кислоты первого типа: например, бензойная (бензолкарбоновая) С6Н5--СООН, п-толуиловая

(п-толуолкарбоновая), фталевая (1,2-бензолдикарбоновая), изофталевая (1,3-бензолдикарбоновая), терефталевая (1,4-бензолдикарбоновая):

Из кислот второго типа отметим фенилуксусную кислоту (I), метилфенилуксусную,

или 2-фенилпропановую, кислоту (II):

Физические свойства

Монокарбоновые кислоты ряда бензола -- бесцветные кристалличе-ские вещества с температурой плавления выше 100 °С. Кислоты с пара-положением заместителей плавятся при значительно более высо-ких температурах, чем их изомеры. Ароматические кислоты кипят при не-сколько более высоких и плавятся при значительно более высоких темпе-ратурах, чем кислоты жирного ряда с тем же числом углеродных атомов. Монокарбоновые кислоты довольно плохо растворяются в холодной воде и значительно лучше в горячей. Низшие кислоты летучи с парами воды.

В водных растворах монокарбоновые кислоты обнаруживают большую степень диссоциации, чем кислоты жирного ряда: константа диссоциации бензойной кислоты 6,6·10-5 , уксусной кислоты 1,8·10-5.

Отдельные представители. Применение

Бензол был открыт Фарадеем в 1825 г. и была установлена его брутто-формула-С6Н6. В 1865 г. Кекуле предложил его струк-турную формулу как циклогексатриена-1,3,5. Этой формулой пользуются и в настоящее время, хотя она, как позднее будет показано, несовершенна - не отвечает полностью свойствам бен-зола.

Наиболее характерной особенностью химического поведения бензола является удивительная инертность двойных углерод-углеродных связей в его молекуле: в отличие от рассмотренных; ранее непредельных соединений он устойчив к действию окислителей (например, перманганата калия в кислой и щелочной среде, хромового ангидрида в уксусной кислоте) и не вступает в обычные реакции электрофильного присоединения, характерные для алкенов, алкадиенов и алкинов.

Пытаясь объяснить свойства бензола особенностями строения, многие ученые вслед за Кекуле выдвигали по этому поводу свои гипотезы. Поскольку непредельность бензола явно не проявлялась, считали, что двойных связей в молекуле бензола нет. Так, Армстронг и Байер, а также Клаус предположили, что в молекуле бензола четвертые валентности всех шести атомов углерода направлены к центру и насыщают друг друга, Ладенбург - что углеродный скелет бензола представляет собой приз-му, Чичибабин - что в бензоле углерод трехвалентен.

Тиле, усовершенствуя формулу Кекуле, утверждал, что двой-ные связи в последнем не фиксированы, а постоянно переме-щаются-«осциллируют», а Дьюар и Хюккель предложили струк-турные формулы бензола с двойными связями и малыми циклами.

В настоящее время на основании данных многочисленных исследований можно считать твердо установленным, что шесть углеродных и шесть водородных атомов в молекуле бензола находятся в одной плоскости и что облака р-электронов атомов углерода перпендикулярны плоскости молекулы и, следователь-но, параллельны друг другу и взаимодействуют между собой. Облако каждого р-электрона перекрывается облаками р-электро-нов соседних углеродных атомов. Реальная молекула бензола с равномерным распределением р-электронной плотности по всему кольцу может быть представлена в виде плоского шестиугольника, лежащего между двумя торами.

Отсюда следует, что формулу бензола логично изображать в виде правильного шестиугольника с кольцом внутри, под-черкивая тем самым полную делокализованность р-электронов в бензольном кольце и равноценность всех углерод-углеродных связей в нем. Справедливость последнего заключения подтвер-ждена, в частности, результатами измерения длин С--С-связей в молекуле бензола; они одинаковы и равны 0,139 нм (С--С-связи в бензольном кольце короче ординарных (3,154 нм), но длиннее двойных (0,132 нм)). Распределение электронной плотности в молекуле бензола; длины связей, валентные углы

Бензойная кислота простейшая ароматическая кислота, C6H5COOH; бесцветные блестящие пластинки или иглы с Тпл. 121,5°С, кристаллогидрат плавится при 90 °С. Встречается в свободном состоянии в некоторых смолах, особенно в бензойной смоле и в «драконовой крови» (красная твердая смола, добываемая из одного вида пальмы). В виде бензилового эфира она входит в состав перуанского бальзама. Б. к. в виде сложных эфиров и солей содержится в различных природных эфирных маслах, например гвоздичном. В виде гиппуровой кислоты (бензоилглицин) содержится в моче травоядных живот-ных. Впервые выделена возгонкой в начале 17 в. из бензойной смолы (росного ладана), отсюда и получила название. Б. к. хорошо растворяется в органических растворителях, в воде - плохо; легко возгоняется; перегоняется с водяным паром. Получают Б. к. окислением толуола азотной или хромовой кислотой, а также декарбоксилированием фталевой кислоты.

В медицине её применяют при кожных заболеваниях наружно как антисептическое (противомикробное) и фунгицидное (противогрибковое) средства, а натриевую соль Б. к. - как отхаркивающее средство. Кроме того, натриевую соль Б. к. используют при консервировании пищевых продуктов. Сложные эфиры Б. к. (от метилового до амилового), обладающие сильным запахом, применяют в парфюмерной промышленности. Различные производные Б. к., например хлор- и нитробензойные кислоты, широко применяют для синтеза красителей. Эталон в калориметрии; основное вещество для установки титра щелочей; для бензилирования в органическом анализе; растворитель при определении молекулярного веса; для контроля достигавшейся максимальной температуры в стерилизаторах. В продаже часто фальсифицируется мылом, сахаром и многими кислотами. Фальсифицированная Б. К. дает на нагретом стекле твердый осадок.

ТЕХНИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ (СТ. ГОХП 27 - 1810)

Очень важным производным бензойной кислоты является ее хлорангидрид -- хлористый бензоил. Это жидкость с характерным запахом и сильным лакриматорным действием. Используется как бензоилирующий агент.

Пероксид бензоила используется как инициатор для реакций полиме-ризации, а также как отбеливающий агент для пищевых масел, жиров, муки.

Толуиловые кислоты. Метилбензойные кислоты называют толуиловыми кислотами. Они образуются при частичном окислении о-, м- и п-ксилолов. NN-Диэтил-м-толуилмид является эффективным репеллентом -- препаратом, отпугивающим насекомых:

п-трет-Бутилбензойную кислоту получают в промышленных масшта-бах жидкофазным окислением трет-бутилтолуола в присутствии раство-римой соли кобальта в качестве катализатора. Применяется в производ-стве полиэфирных смол.

Фенилуксусную кислоту получают из хлористого бензила через ни-трил или через магнийорганические соединения. Это кристаллическое ве-щество с т. пл. 76 °С. Благодаря подвижности подородных атомов метило-вой группы легко вступает в реакции конденсации. Эта кислота и ее эфиры применяются в парфюмерии.

СЕРНАЯ КИСЛОТА H2SO4-- сильная двухоснов-ная кислота. Безводная 100%-ная С. к. при комнатной температуре представляет собой в сильной степени ас-социированное соединение с длинными, образованными на счет водородных связей, цепевидными молекулами. При повышении температуры эти цепочки разрушаются

Физические и химические свойства серной кислоты. Безводная С. к.-- бесцветная маслянистая жидкость, застывающая в кристаллич. массу при +10,37°. При 279,6С/700 мм безводная С. к. кипит с разложением до образования азеотрошюй смеси, содержащей 98,3% H2SO4 и 1,7% Н2О (эта смесь кипит при 338,8°). С. к. смешивается с водой и SO3 в любых соотношениях. Добавление воды к 100%-иой С. к. приводит к снижению температуры плавления (ок. 120 на 1моль воды), отвечающему образованию почти 2 частиц из каждой молекулы воды.

Теплота испарения составляет 122,1 ккал/кг 100%-ной С. к., теплота плавления 26,55 ккал/кг 100%-ной С. к.

Конц. С.к. -- довольно сильный окислитель, осо-бенно при нагревании. Она окисляет HJ и частично HВr (но не HCI) до свободных галогенов, уголь до С02, серу до SO2, а также многие металлы (Сu, Hg и р.)- Золото и платина устойчивы но отношению к С. к. при любых концентрациях и температурах. С. к. с концентрацией выше 93% не действует на железо. Разб. С. к. легко растворяет железо с вы-делением Н2. Окислительные свойства для разб. С. к. нехарактерны. Действуя как окислитель, С. к. обычно восстанавливается до SO2. Однако наиболее сильными восстановителями она может быть вос-становлена до S и даже H2S. Копц. С. к. частично восстанавливается газообразным Н2, из-за чего и не может применяться для его сушки.

С. к. дает два ряда солей: средние -- сульфаты, и кислые -- бисульфаты, причем последние в твердом состоянии выделены лишь для немногих наиболее активных одновалентных металлов -- Na, К и др

Получение. В современной заводской практике исходным веществом для получения С. к. служит сернистый газ. Процесс его переработки в С. к. может быть выражен суммарным стехиометрическим уравнением:

SO2 + 0,5О2 + пН2О = Н2SO4 + (п-1) Н2О

В промышленности этот процесс осуществляется посредством двух различных способов -- контактного и нитрозного.

Сущность контактного метода состоит в том, что газообразный SО2, проходя «месте с кисло-родом или воздухом через катализатор, окисляется до SO3 по реакции:

SO2+0,5О2 = SO3 + 22,97 ккал/моль

Полученный SO3 растворяется в воде с образованием С. к.

Сущность нитрозного метода состоит в том, что об-жиговый газ (после соответствующей очистки его от пыли) обрабатывается С. к., в которой растворены окислы азота. Сернистый ангидрид поглощается нитрозой, а затем окисляется окислами азота по реакции:

SO2 + N2O3 +H2O = Н2SO4 + 2NO

Образующаяся окись азота выделяется из нитрозы, в которой она плохо растворима, а затем частично окисляется кислородом в газовой фазе до двуокиси азота: полученная смесь NO и NO2 вновь поглощается серной кислотой и т. д. Окислы азота не расходуются, а возвращаются в производственный цикл. Но по-скольку окислы азота не полностью поглощаются серной кислотой и частично уносятся отходящими газами, создаются невозвратимые потери.

Выпускается несколько сортов С. к., которые отличаются содержанием Н2SO4 и SO3 , а также составом и количеством примесей. Камерная кислота содержит (65% H2SO4, башенная -- 75%, купоросное масло башенных систем -- 90,5%, контактных -- 92,5%. Олеум для нитрозы содержит 20,0% SO3, олеум для прочих це-лей -- 18,5% SO3 .С. к. аккумуляторная (сорт А и Б) содержит 92--94% H2SO4, но своему качеству приближается к реактивной кислоте, содержащей 91,5 --95,6% H2SO4.

Страницы: 1, 2, 3