硝酸-硫酸硝化
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硝化反应机理
硝化反应的机理如下:
1、对于脂肪族化合物的硝化一般是通过自由基历程来实现的,其具体反映比较复杂,在不同体系中均有所不同,很难有可以总结的共性。
2、对于芳香族化合物来说,其反应历程基本相同,是典型的亲电取代反应。
硝化反应,硝化是向有机化合物分子中引入硝基(-NO2)的过程,硝基就是硝酸失去一个羟基形成的一价的基团。
芳香族化合物硝化的反应机理为:硝酸的-OH基被质子化,接着被脱水剂脱去一分子的水形成硝酰正离子(nitroniumion,NO2)中间体,最后和苯环行亲电芳香取代反应,并脱去一分子的氢离子。
在此种的硝化反应中芳香环的电子密度会决定硝化的反应速率,当芳香环的电子密度越高,反应速率就越快。
由于硝基本身为一个亲电体,所以当进行一次硝化之后往往会因为芳香环电子密度下降而抑制第二次以后的硝化反应。
常用的硝化剂主要有浓硝酸、发烟硝酸、浓硝酸和浓硫酸的混酸或是脱水剂配合硝化剂。
脱水剂:浓硫酸、冰醋酸、乙酐、五氧化二磷。
硝化剂:硝酸、五氧化二氮(N2O5)。
编号:AQ-JS-02127( 安全技术)单位:_____________________审批:_____________________日期:_____________________WORD文档/ A4打印/ 可编辑硝化反应过程的主要危险性及安全措施Main hazards and safety measures in nitrification process硝化反应过程的主要危险性及安全措施使用备注:技术安全主要是通过对技术和安全本质性的再认识以提高对技术和安全的理解,进而形成更加科学的技术安全观,并在新技术安全观指引下改进安全技术和安全措施,最终达到提高安全性的目的。
有机化合物分子中引入硝基取代氢原子而生成硝基化合物的反应,称为硝化。
用硝酸根取代有机化合物中的羟基的化学反应,则是另一种类型的硝化反应,产物称为硝酸酯。
硝化反应是生产染料、药物及某些炸药的重要反应。
硝化过程常用的硝化剂是浓硝酸或浓硝酸和浓硫酸配制的混合酸。
此外,硝酸盐和氧化氮也可做硝化剂。
一般的硝化反应是先把硝酸和硫酸配制成混酸,然后在严格控制温度的条件下将混酸滴入反应器,进行硝化反应。
1.硝化反应的主要危险性(1)、硝化反应是放热反应,温度越高,硝化反应的速度越快,放出的热量越多,越极易造成温度失控而爆炸。
(2)、被硝化的物质大多为易燃物质,有的兼具毒性,如苯、甲苯、脱脂棉等,使用或储存不当时,易造成火灾。
(3)、混酸具有强烈的氧化性和腐蚀性,与有机物特别是不饱和有机物接触即能引起燃烧。
硝化反应的腐蚀性很强,会导致设备的强烈腐蚀。
混酸在制备时,若温度过高或落入少量水,会促使硝酸的大量分解,引起突沸冲料或爆炸。
(4)、硝化产品大都具有火灾、爆炸危险性,尤其是多硝基化合物和硝酸酯,受热、摩擦、撞击或接触点火源,极易爆炸或着火。
2.硝化反应过程的安全措施(1)、制备混酸时,应严格控制温度和酸的配比,并保证充分的搅拌和冷却条件,严防因温度猛升而造成的冲料或爆炸。
喹啉的硝化反应
喹啉(Quinoline)是一种含有芳香环的有机化合物。
硝化反应是一种化学反应,通常涉及向有机化合物中引入硝基(-NO2)。
在硝化反应中,硝基可以被引入芳香环上的碳原子,从而改变分子的性质。
喹啉的硝化反应一般可以通过以下步骤进行:
硫酸硝化:喹啉首先和硫酸反应,形成相应的喹啉硫酸盐。
这个步骤通常发生在硫酸和硝酸的混合物中,其中硝酸起到硝化剂的作用。
硝化:喹啉硫酸盐与硝酸的混合物发生硝化反应。
硝基(-NO2)被引入到喹啉分子中。
反应中可能需要一定的温度和反应时间,以确保高产率和选择性。
中和:反应完成后,通常需要用碱性溶液进行中和,以得到硝化后的产物。
硝化反应的具体条件和产物取决于反应中使用的具体试剂和条件。
硝化反应是有机化学中的一种重要反应,可用于合成各种含硝基的化合物,这些化合物在药物、染料和其他工业领域中有着广泛的应用。
在进行硝化反应时,需要采取适当的实验室安全措施,因为硝化
过程涉及一些有毒和腐蚀性的试剂。
硝酸-硫酸法
硝酸-硫酸法是一种常用的化学分析方法,它通常用于测定无机
物质的氮含量。
这种方法基于硝酸和硫酸的氧化还原反应,可以将被
测物质中的氮转化为硝酸盐,测量硝酸盐的含量以计算氮含量。
硝酸-硫酸法是一种比较简单的方法,通常可以在实验室中进行
操作。
使用该方法时,需要准备硝酸和硫酸的混合液,称为硝化混酸。
在加入待测物质之前,需要将硝酸和硫酸的比例调整到适当的值,以
确保反应的准确性。
通常,硫酸的体积应该为硝酸的两倍,以确保反
应充分进行。
在制备好硝化混酸后,需要将待测物质加入其中,然后加热至沸点。
在此过程中,硝酸和硫酸将会进行氧化还原反应,将待测物质中
的氮氧化为硝酸盐。
反应完成后,需要用蒸馏水或去离子水冲洗反应釜,然后用离心机离心,得到固体残渣。
该残渣中的硝酸盐可以用恰当的方法进行测量,从而计算出待测
物质中氮的含量。
例如,可以使用红外吸收光谱法测量硝酸盐的含量,或者使用光度法、滴定法等其他方法进行测量。
总的来说,硝酸-硫酸法是一种常用的化学分析方法,可以用于
测定许多不同物质中氮的含量。
它的操作相对简单,适用于许多实验
室中的分析需求。
当然,在使用该方法时需要注意安全,因为硝酸和
硫酸都是具有腐蚀性的强酸,需要遵循相应的安全规定,避免发生意
外事故。
浓硫酸与有机物的反应
浓硫酸与有机物的反应有很多种,这里主要描述其中几种常见的反应类型:
1.硝化反应:例如,苯和浓硝酸在浓硫酸的催化下,可以生成硝
基苯和水。
这种反应需要在55℃~60℃的水浴中进行,并且浓
硫酸还起到了吸水剂的作用。
2.酯化反应:这是酸和醇生成酯和水的反应。
例如,乙酸和乙醇
在浓硫酸的催化下,加热后可以生成乙酸乙酯和水。
这种反应
中,浓硫酸也起到了吸水剂的作用。
3.脱水反应:在实验室中,乙醇可以在浓硫酸的催化下,加热并
迅速升温到170℃,制取乙烯。
在这个过程中,要防止在140℃
时生成乙醚,同时也要防止温度过高(180℃以上),以防止
乙醇脱水碳化。
此外,浓硫酸也起到了脱水剂的作用。
请注意,以上都是浓硫酸在有机反应中的一些常见应用,但并不是全部。
在实际操作中,需要根据具体的反应条件和目标产物来选择合适的反应方式和催化剂。
同时,由于浓硫酸具有强烈的腐蚀性和氧化性,所以在使用过程中需要特别注意安全。
此外,对于有机物来说,如果分子中含有-OH,且邻位碳原子上含有氢原子,那么这种有机物可以发生消去反应。
例如,(CH3)2CH-OH 可以在一定条件下发生消去反应生成(CH3)2C=CH2。
以上信息仅供参考,如需了解更多信息,建议查阅化学专业书籍或咨询专业人士。
硝化反应安全硝化反应是在医药、染料等精细化工产品生产中常见的反应形式。
最常用的硝化剂是硝酸,浓硫酸为催化剂。
硝化过程包括混酸制备和硝化反应两步。
(1)混酸制备硝化过程中往往先把硫酸和硝酸制备成混酸,再通过滴加混酸,进行硝化反应。
配制混酸时应注意以下几点。
①缓慢稀释浓硫酸。
制备混酸时,浓硫酸府先用水适当稀释。
稀释时应在冷却条件下,边搅拌边缓慢加入浓硫酸,要注意防止发生爆溅和冲料。
如果浓硫酸不先经适当稀释,直接和硝酸混合,会猛烈吸收硝酸中的水分,放出大量热,引起硝酸分解,发生冲料甚至爆炸事故。
②严格控制混酸配制温度。
浓硫酸稀释后,要在冷却和搅拌条件下,缓慢加入浓硝酸,要注意严格控制温度和酸的比例。
防止温度失控,引发冲料和爆炸。
③防止混酸接触易燃物。
配制成的混酸具有强烈的氧化性,必须严格防止触及各种可燃、易燃物,以免发生火灾爆炸。
④密切注意腐蚀情况。
由于混酸具有很强的腐蚀性,设备管道必须采取防腐措施,同时要密切注意腐蚀情况,经常检查,防止因腐蚀造成穿孔泄漏,引起火灾和腐蚀伤害事故。
(2)硝化反应硝化反应是强放热反应,如果操作不当,极易造成温度失控,引起爆炸事故。
因此,硝化反应操作时应注意以下几点。
①有效冷却。
硝化反应中应采取有效的冷却手段,及时移出反应放出的大量热,保证硝化反应在正常温度下进行,避免温度失控。
但应注意,冷却水不能渗入反应器,以免与混酸作用,放出大量热,导致温度失控。
②保证良好的搅拌。
硝化反应是在非均相中进行的,保证良好的搅拌,使反应均匀,避免局部反应剧烈导致温度失控。
③控制原料纯度。
反应原料中要严格控制酸酐、甘油和醇类等有机杂质.这些杂质遇硝酸会生成爆炸性产物。
此外,应控制原料中的含水量,水与混酸作用,放出大量热,会导致温度失控。
④设置防爆装置。
由于硝化反应过程的危险性,为防止爆炸事故发生,系统应设置安全防爆装置和紧急放料装置。
一旦温度失控,立即紧急放料,并进行紧急冷却处理。
○5小心对待硝化产物。
硝化硫酸硝酸底物比例英文回答:Nitration is a chemical process that involves the introduction of a nitro group (-NO2) into a compound or molecule. It is commonly carried out using a mixture of nitric acid (HNO3) and sulfuric acid (H2SO4) as the nitrating agent. The ratio of the two acids used in the reaction is crucial for the success of the nitration process.The nitration reaction is typically exothermic and highly exothermic, meaning that it releases a large amount of heat. The sulfuric acid serves as a catalyst in the reaction, helping to generate the nitronium ion (NO2+), which is the actual nitrating species. The nitronium ion then reacts with the substrate, resulting in the formation of the desired nitro compound.The ratio of nitric acid to sulfuric acid in thereaction mixture is important because it affects the concentration of the nitronium ion. Too much nitric acid can lead to the formation of undesired by-products or even explosive conditions. On the other hand, too much sulfuric acid can result in a decrease in the concentration of the nitronium ion, leading to a slower reaction rate.In general, a common ratio for the nitration reactionis 1:1 or equal amounts of nitric acid and sulfuric acid. However, this ratio can vary depending on the specific substrate and reaction conditions. For example, when nitration of aromatic compounds such as benzene or toluene is carried out, a ratio of 1:2 or even 1:3 of nitric acid to sulfuric acid may be used.It is important to note that the choice of thenitration ratio also depends on the desired selectivity and yield of the nitro compound. Different ratios can lead to different reaction products and side reactions. Therefore, the optimization of the nitration conditions, including the acid ratio, is crucial in order to achieve the desired outcome.中文回答:硝化是一种化学过程,涉及将硝基(-NO2)引入化合物或分子中。
硝化酸混合物-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述部分的内容应该对全文进行一个简要的介绍,概括文章要点,引起读者的兴趣,下面是一个参考的概述内容:引言部分将介绍硝化酸混合物,它是一种重要的化学品,具有广泛的应用领域。
本文将首先简要介绍硝化酸混合物的背景和定义,接着详细探讨其性质和特点。
最后,我们将概述硝化酸混合物的应用前景,包括在农业、化工等领域的应用。
通过本文的阅读,读者将了解硝化酸混合物的重要性和其在不同领域的广泛应用前景。
1.2文章结构文章结构部分的内容可以从以下几个方面展开:1.2 文章结构本文将分为三个主要部分进行介绍和讨论。
首先,在引言部分,我们将对硝化酸混合物的背景和意义进行概述,并介绍文章的结构和目的。
接着,在正文部分,我们将首先进行背景介绍,包括硝化酸混合物的起源、发展历程以及相关研究的现状。
通过对硝化酸混合物的研究历史进行回顾,我们可以更好地了解硝化酸混合物的重要性和应用前景。
然后,我们将详细讨论硝化酸混合物的定义和性质。
在这一部分,我们将介绍硝化酸混合物的组成成分、结构以及其在化学反应中的特性。
通过深入了解硝化酸混合物的性质,我们能够更好地理解其在生产和实验中的应用。
最后,在结论部分,我们将对全文进行总结,并展望硝化酸混合物的应用前景。
通过对硝化酸混合物的分析和讨论,我们可以看到其在能源领域、医药领域以及军事领域等多个领域中拥有广阔的应用前景。
我们将简要概述这些应用前景,并指出未来的研究方向和挑战。
通过以上论述,本文旨在提供一个全面的关于硝化酸混合物的介绍和讨论。
通过对其背景、定义和性质进行探讨,我们可以更好地认识和理解硝化酸混合物的重要性和应用价值。
同时,通过对硝化酸混合物的应用前景进行展望,我们可以为相关领域的科学研究和工程开发提供参考和借鉴。
这样的文章结构有助于读者理清思路,全面了解硝化酸混合物的相关知识。
文章1.3 目的:本文的目的是对硝化酸混合物进行全面的介绍和分析。
发烟硝酸和浓硫酸硝化机理概述说明1. 引言1.1 概述发烟硝酸和浓硫酸是在化学工业中广泛应用的两种重要的硝化剂。
它们在许多领域中都扮演着重要角色,如爆炸物、药物制剂、染料合成和有机合成等。
因此,深入了解这两种酸的硝化机理对于指导实际应用具有重要意义。
1.2 文章结构本文将分为五个部分进行论述。
首先,在引言部分对本文内容进行概述,并介绍文章结构。
然后,在第二部分中阐述发烟硝酸的硝化机理,并包括其简介、硝化过程概述以及关键的硝化机理要点。
接下来,在第三部分中描述浓硫酸的硝化机理,包括其简介、硝化过程概述以及关键的硝化机理要点。
第四部分将对发烟硝酸和浓硫酸的硝化机理进行比较分析,并讨论它们之间的区别与相似性以及反应条件差异对机理的影响和生成物在反应中的作用。
最后,在结论部分总结本文所探讨的内容,并对未来进一步研究的方向进行展望。
1.3 目的本文旨在通过概述和说明发烟硝酸和浓硫酸的硝化机理,深入了解它们在化学工业中的重要性以及用途。
同时,通过比较分析它们之间的差异与相似性,探讨不同反应条件对硝化机理的影响以及生成物在反应中的作用,从而为相关领域提供理论指导和启示。
2. 发烟硝酸的硝化机理:2.1 发烟硝酸简介发烟硝酸,是一种重要的强氧化性无机化学品,常用作火药和炸药的主要组分之一。
其分子式为HNO3。
由于其高度不稳定性和易爆性,在储存和运输过程中需要特殊的注意。
2.2 硝化过程概述发烟硝酸的硝化是指将发烟硝酸与其他物质进行反应,生成氮氧化物(如二氧化氮)等产物的过程。
在这个过程中,发烟硝酸充当了强氧化剂。
2.3 发烟硝酸的硝化机理要点发烟硝酸的硝化机理可以归纳为以下几个要点:1. 发生反应的基本步骤:a) 当发烟硝酸与其他有机或无机物质接触时,会引发激进离子自由基(如NO3-)的生成。
b) 这些激进离子自由基会与有机或无机物质进行反应,使其被氧化,并释放出大量能量。
c) 硝化反应通常是一个剧烈的、自持续的过程,会释放出大量的气体和热能。
硝化棉的化学式硝化棉是一种重要的化学品,在军事、民用等领域都有广泛的应用。
以下是对硝化棉的化学式、制备方法、性质及用途等方面的详细介绍。
一、硝化棉的化学式硝化棉的化学名称为纤维素硝酸酯,化学式为(C6H7O2(ONO2)3)n,其中n表示重复单元数目。
该化合物是由纤维素经过硝化反应得到的,因此它也被称为纤维素硝酸酯。
二、硝化棉的制备方法硝化棉的制备方法通常采用硝酸和硫酸混合酸进行硝化反应。
具体的步骤如下:1. 将纤维素(如棉花、麻类纤维等)放入加热后的硝酸和硫酸混合酸中浸泡。
2. 在加热的条件下,硝酸和硫酸混合酸中的硝离子会与纤维素中的羟基反应,生成硝酸纤维素,并放出水和硝酸。
3. 随着反应的进行,纤维素逐渐被硝化,最终形成硝化棉。
三、硝化棉的性质硝化棉是一种黄色至棕色的薄片状或纤维状固体,无臭。
其性质如下:1. 燃点高,易燃,燃烧时会放出大量的热和气体。
由于其燃烧时会剧烈爆炸,因此处理和储存时需要特别谨慎。
2. 有很强的水分吸收能力,与水接触后容易变软,甚至腐烂。
3. 能与有机溶剂(如酒精、醚等)混溶。
4. 对阳光和紫外线敏感。
四、硝化棉的用途硝化棉在军事、民用、医疗等领域都有着广泛的应用。
以下是硝化棉的几个主要的用途:1. 军事领域:硝化棉是军队制造各种军火、爆炸物等的重要原料之一。
如制造火箭、导弹、炸药、烟花等。
2. 民用领域:硝化棉还可以被用于制造各种工业用品。
如制造塑料、颜料、香料等。
3. 医疗领域:硝化棉还可以用于医疗敷料,能够促进伤口愈合、止血、消炎等。
总之,硝化棉是一种在很多领域中都发挥重要作用的化学品。
虽然它具有很多的优点和用途,但是也需要在使用和处理时特别小心和谨慎,以防意外事故发生。
硝酸生产工艺硝酸是一种重要的化学原料,广泛应用于农业、燃料、化工等领域。
硝酸生产工艺可以分为氨氧化法和硝化法两种。
1. 氨氧化法氨氧化法是利用氨与氧气反应制备硝酸的方法。
其反应方程式为:4NH3 + 5O2 →4NO + 6H2O2NO + O2 →2NO23NO2 + H2O →2HNO3 + NO该反应需要高温高压条件下进行,通常在800-1000℃和8-10 MPa的条件下进行。
反应产物还需经过吸收和脱水等步骤,最终得到浓硝酸。
氨氧化法的优点是能够在单一反应器内完成反应和吸收等多个步骤,生产过程较为简单。
但它需要高温高压,能耗大,设备成本高,对原料氨与氧气的纯度要求也较高。
2. 硝化法硝化法是利用硝石或硝酸盐与酸反应制备硝酸的方法。
硝化法可分为两种:一种是直接硝化法,一种是间接硝化法。
①直接硝化法直接硝化法是指将硝酸盐与浓硫酸反应,生成硝酸的过程。
其反应方程式为:NaNO3 + H2SO4 →NaHSO4 + HNO3该反应需要在较低的温度下进行,通常在20-30℃左右,生产过程简单,能源消耗较低。
但生产过程中需要处理酸性废水和废气,环境压力较大。
②间接硝化法间接硝化法是指将硝石或硫酸铵与浓硫酸反应,生成混合酸的过程,进而生成硝酸。
其反应方程式为:KNO3 + H2SO4 →KHSO4 + HNO3(NH4)2SO4 + 2H2SO4 →2NH4HSO4NH4HSO4 + HNO3 →(NH4)NO3 + H2SO4该方法需要多个反应器和分离装置,生产过程复杂,但它具有高效节能、环保等优点。
总体来说,硝酸的生产工艺各有优劣,可以选择根据实际情况选择合适的方法。
未来,随着科技的不断进步和环保要求的提高,硝酸生产工艺也将更加绿色、高效和可持续。
浓硫酸和浓硝酸混合比例1. 引言1.1 什么是浓硫酸和浓硝酸混合比例浓硫酸和浓硝酸是两种常见的强酸,在实验室和工业生产中被广泛应用。
当浓硫酸和浓硝酸混合时,会发生化学反应,产生一系列有机化合物和氮氧化物。
混合比例对于这种反应至关重要,过高或过低的比例都可能导致意外事故的发生。
浓硫酸和浓硝酸混合的比例通常是1:3,即一部分浓硫酸和三部分浓硝酸。
这个比例是根据化学反应的需求和安全考虑而确定的。
在这个比例下,两种强酸可以有效地参与反应,产生所需的产物,同时最大限度地减少副反应和危险性。
正确的混合比例不仅可以确保反应达到预期效果,还可以保证实验操作的安全性。
如果比例错误,可能会导致意外的爆炸或有毒气体释放,严重威胁实验人员的生命安全。
了解和掌握浓硫酸和浓硝酸混合的正确比例对于实验和生产过程都至关重要。
只有在遵循正确的操作步骤和混合比例下,才能确保实验顺利进行并达到预期结果。
2. 正文2.1 危险性:浓硫酸和浓硝酸混合的化学反应浓硫酸和浓硝酸是两种常见的强酸,在混合时会发生化学反应,产生极具危险性的混合物。
这种混合物具有强烈的腐蚀性和氧化性,对人体和环境都具有严重危害。
浓硫酸和浓硝酸混合会释放大量的热量,导致混合物温度急剧升高,可能引发爆炸。
混合物中的活性氧化剂会与有机物质反应,产生有毒的气体和蒸气,对呼吸道和皮肤造成严重伤害。
混合物具有强腐蚀性,可以迅速侵蚀金属和其他材料,导致器皿破裂或泄漏,引发化学灾害。
在实验室和工业生产中,混合浓硫酸和浓硝酸必须严格遵守安全操作规程,确保混合比例准确,操作环境良好通风,佩戴防护装备。
一旦发生意外,应立即采取应急措施,迅速清除泄漏物并通知相关部门进行处理,以减少事故带来的损失和危害。
浓硫酸和浓硝酸混合的化学反应具有严重的危险性,必须谨慎对待,遵循正确的操作步骤,确保实验安全。
ellipsis2.2 安全操作:正确的浓硫酸和浓硝酸混合比例在实验室中进行浓硫酸和浓硝酸的混合实验时,正确的比例非常重要。
硝化工艺的几种工艺:
(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,缺点时硫酸用量大。
硝化反应混酸配置
硝化反应是一种化学反应,将硝酸与其他化合物反应,产生硝酸根离子(NO3-)。
混酸配置是将硝酸和其他酸混合使用,以达到特定的反应需求。
一种常见的混酸配置是“混酸硝化法”,即将硝酸与浓硫酸混合使用。
该方法主要用于制备硝酸盐,如硝酸铜、硝酸钙等。
配比通常为硝酸与浓硫酸的体积比为1:1。
操作时需要注意以下事项:
1. 浓硫酸具有强腐蚀性,请佩戴防护手套、护目镜等个人防护设备;
2. 操作应在通风良好的实验室台上进行;
3. 将硝酸缓慢倒入浓硫酸中,避免产生剧烈的反应;
4. 混酸反应会产生大量的热量,请控制温度,防止剧烈的放热反应;
5. 混酸反应会产生有毒的气体,请确保实验室安全,避免吸入或接触有害气体。
需要指出的是,混酸配置需要在实验室环境下进行,并且要严格按照实验室安全操作规程进行操作。
如果没有相关实验室条件和经验,请勿随意尝试。
化学反应中的硝基化反应与磺化反应化学反应是物质变化的基本形式之一。
而在化学反应中,硝基化反应与磺化反应是常见且重要的两类反应。
本文将以此为主题,深入探讨它们的概念、特点和应用。
一、硝基化反应硝基化反应是指有机物中含有氨基(NH2)的化学物质被硝酸与硫酸等强酸作用后,氨基上的氢原子被硝基(NO2)取代的化学反应。
其中,硝化反应的过程可以分为两步。
第一步是将氨基与硝酸反应生成亚硝酸盐(R- NHOH),第二步则是将亚硝酸盐与硫酸反应,生成硝基化产物(R-NO2)。
而第二步反应是硝化反应的主要步骤。
它的通式如下:R-NHOH + HNO3 → R-NO2 + H2O + NH4NO3硝基化反应不仅可以用于有机合成过程中,还被广泛应用于工业上。
比如,硝化反应是制备药品、染料、炸药、肥料等过程中不可缺少的方法之一。
此外,在高能化学中,硝基化反应还可以产生高能化合物,并用于推进剂、燃料等方面。
因此,硝基化反应的研究和应用,对促进相关领域的发展起到了重要的作用。
二、磺化反应磺化反应,指有机物中的氢原子被磺酰基(SO3H)取代的一种化学反应。
这种反应可以在弱碱性条件下、在中等至高温度下进行。
常见的磺化剂有磺酸、亚磺酸、磺酰氯等。
磺化反应的过程是一个亲电取代反应。
在反应中,硫酸和磺氧化合物发生反应,产生的磺酸或亚磺酸与物质中的氢原子发生取代反应,形成磺化化合物。
磺化后的化合物不但比原来的化合物更加稳定和可溶性,而且还可以具备特殊的性质。
磺化反应除了在有机合成中有广泛的应用外,也被应用于生产各种各样的化学品中。
例如,某些染料中需要添加硫酸基团,来使其增加色泽和光泽度;磺化蜜(也称磺化糖)则广泛用作医药中药物的载体;磺化涂料则具有耐热性、耐腐蚀性和阻燃性等良好特性。
三、硝基化反应与磺化反应的比较虽然硝基化反应与磺化反应是两类不同的化学反应过程,但它们本质上具有许多相似之处。
一方面,它们都是取代反应,另一方面,它们的反应物和产物都具有明显的化学性质变化。
NITRATION OF AROMATIC HYDROCARBONS ANDHALOBENZENES USING NOx CATALYZED BYSOLID ACID CATALYSTSManoj A.Pande and Shriniwas D.SamantDepartment of Chemistry,Institute of Chemical Technology,Matunga,Mumbai,IndiaThe nitration of aromatics using zeolite as a solid inorganic catalyst and nitric oxides asnitrating agents is a relatively clean process for aromatic nitration.Keywords :Aromatic nitration;nitrogen oxides;zeolitesINTRODUCTIONAromatic nitration reaction is an important unit chemical process as theresulting aromatic nitro compounds find diverse applications;main being pre-paration of primary amines through reduction.[1]Classically nitration is carriedout using mixed acid (HNO 3þH 2SO 4).This nitration is a hazardous processwith very high E factor.It is a run-away reaction (D H ¼À110kJ =mol for benzene)and is probably the most potentially hazardous industrial process.This is due tothe heat generated during the reaction which can trigger the power of nitric acidto degrade organic material exothermically to gaseous products with explosiveviolence.The reaction can be carried out in batch mode or continuous mode;the latter is more suitable for large tonnage intermediates,like nitrobenzene andnitrotoluene and is attractive for reasons of safety as well as obvious economicconsideration.For large scale mononitration 20=60=20mixed acid system isemployed i.e.,20%HNO 3,60%H 2SO 4,20%H 2O.Thus a large excess of sulfuricacid is required as the water formed as a by product slows the reaction by dilutingthe acid.At the end of the reaction,a large amount of ‘spent acid’is obtainedwhich increases the E-factor of the reaction.Moreover,Sulfuric acid is corrosiveand is dangerous to transport and handle.Hence,nitration of aromatics avoidingsulfuric acid appears to be an attractive alternative.The use of zeolites in aromaticnitration is a subject of increasing interest,particularly with regards to unusualReceived August 28,2009.Address correspondence to Shriniwas D.Samant,Organic Chemistry Research Laboratory,University Institute of Chemical Technology,N.M.Parekh Road,Mantunga,Mumbai 400019,India.E-mail:samantsd@Synthetic Communications 1,40:3734–3738,2010Copyright #Taylor &Francis Group,LLCISSN:0039-7911print =1532-2432onlineDOI:10.1080/003979109035317633734regioselectivity.[2]At present,best combination of high yield,high para selectivity and low solvent use is achieved using a nitric acid,zeolite H b as catalyst,and acetic anhydride(for moderately active aromatics)[3]or trifluroacetic anhydride (for deactivated aromatics)[2]as activator.However,carboxylic acid is formed as a by product.The nitration using nitrogen oxides has been attempted using solid acid catalysts like zeolites.In some cases oxidant like oxygen or ozone is required.[4]The method where ozone is employed most likely involves dinitrogen pentoxide,as this is known to be a highly active nitrating agent.The nonacid method for aromatic nitration using NO2=O3gives excellent conversion of a wide variety of aromatic compounds under mild conditions(Kyodai nitration).[5]How-ever,use of ozone adds to the cost of the process.Fe(III)-catalyzed nitration using NO2-O2system requires a long reaction time(12to36h)and large amount of nitrogen dioxide and catalyst.[6]Vapor phase nitration of benzene over mixed metal oxides(silica-alumina,zinc oxide-titania,tungsten oxide-molybdenum oxide)using NO2is carried out at high temperature and give around25%of nitrobenzene.[7] Nitration of halobenzenes using NO2–O2-zeolite system gives good conversion with enhanced para selectivity after48h of reaction time.[8]Thus,nitration using NOx in presence of suitable acid catalyst appears to be promising.In our efforts to develop an atom-economic and eco-friendly process for aromatic nitration,we attempted nitration of aromatic compounds using NOx in the presence of zeolites.Zeolite b and zeolite Y have3-dimensional channels and large pore sizes.Zeolite H b is a strong bronsted acid and is known to catalyze nitration reaction.Nitration of chlorobenzene was attempted as the products are commercially important[1b,9]and has been studied earlier under different reaction conditions.[10] The nitration of chlorobenzene was carried out in the presence of different amount of zeolite H b at40 C.The NOx was generated by reacting HNO3with P2O5with some modification in reported method.[11]The amount of P2O5was taken intentionally excess.The gas so generated was passed through the reaction mixture using N2as carrier gas.After the complete addition of HNO3to P2O5,theflow of nitrogen was continued to ensure the purging of NOx from the generator. In the absence of catalyst33%conversion of chlorobenzene was obtained,and the conversion increased with increasing quantity of the catalyst(Table1).There was Table1.The effect of catalyst amount(zeolite H b)on the nitration of chlorobenzene(CB)using NOxCatalyst amount(wt%) wrt wt of CB Selectivity(%)aEntry Conversion CB(%)a o-m-p-o=p a1033.231.020.068.970.44 30.7542.433.49 1.6565.090.51 4168.135.530.5863.870.55 5571.827.420.4472.080.38Reaction conditions:Chlorobenzene(30mmol),catalyst zeolite H b,1,2-dichloroethane(30ml),HNO3 4ml,P2O510g;temperature40 C,reaction time240min.a GC.AROMATIC NITRATION37353736M.A.PANDE AND S.D.SAMANTTable2.The effect of different catalysts on the nitration of chlorobenzene using NOxSelectivity(%)aEntry Catalyst Conversion CB(%)o-m-p-o=p a1Zeolite H b68.135.530.5863.870.55 2Zeolite Y-H47.4348.61 1.6649.710.97 3ZSM-5Na41.3349.84 1.4748.68 1.02 4Mont K-1046.1240.02 1.2158.780.68Reaction conditions:Chlorobenzene(30mmol),catalyst1wt%wrt wt.of CB,dichloroethane(30ml), HNO34ml,P2O510g;temperature40 C,reaction time240min.a GC.no remarkable difference in conversion from1wt%to5wt%H b.Hence1wt%of catalyst amount was used for further study.The reaction was carried out using 1wt%of different zeolites and Mont K-10(Table2).Among the catalysts,Zeolite H b was found to give maximum conversion of chlorobenzene and gave higher selectivity for para nitrochlorobenzene.For Zeolite H-Y and ZSM-5Na no selectivity was observed.Under the optimized conditions different less activated aromatics were nitrated (Table3).After240min.of reaction time,toluene was completely consumed,however a range of products including isomers of mononitrotoluene,dinitrotoluene,and oxidized products were found.When nitration of aniline and benzaldehyde was tried under the same conditions,oxidation products were observed.Nitration of para-dichlorobenzene gave2,5-dichloro-1-nitrobenzene in a trace quantity.Table3.Nitration of aromatic hydrocarbons and halobenzenes using NOx in presence of zeolite H bSelectivity(%)bEntry Substrate Conversion of substrate(%)b o-m-p-1Benzene a37–––2Benzene48–––3Chlorobenzene68.135.530.5863.874Naphthalene98c–––5Toluene100231196Iodobenzene1530–707Bromo b enzene4240–608Orthodichloro Benzene1212d(2,3DCNB)88e(3,4DC4NB)Reaction conditions:substrate(30mmol),catalyst zeolite H b1wt%wrt wt.of substrate,dichloroethane (30mL),HNO34ml,P2O510g;temperature40 C,reaction time240min.a Without catalyst.b GC and GC-MS.c Exclusive1-nitronaphthalene.d2,3-Dichloro-1-nitrobenzene.e3,4-Dichloro-1-nitrobenzene.CONCLUSIONIn conclusion we have developed a potentially clean nitration process for weakly activated aromatics using NOx and solid acid zeolite H b.Sulfuric acid is totally eliminated in the process.The process is environmentally benign and has potential for commercialization.EXPERIMENTALGeneralSolvents:All the solvents were of LR-grade and were purified and dried by the known procedures before use.Chemicals:The chemicals were of LR or sometimes AR grade and procured from M=s s.dfine chemicals,Mumbai;LOBA Chemie,Mumbai;Fluka Chemicals, A.G,Switzerland;E.Merck(India)Ltd.,Mumbai;Aldrich Chemical Company, Inc.,and Lancaster,PA,USA.Analytical Methods:The progress of the reaction and simultaneous product formation was carried out by external standard method using a gas chromatographic technique.For this purpose,Chemito8610gas chromatograph withflame ionizationdetector and stainless steel column(OV17,12in.Â2m)was used.GC-MS spectra were recorded on a Shimatzu GC-MS QP2010(RTX-WAX, capillary column,30m,0.25mm)equipped with an electron capture detector.All the products reported here are known compounds and their identity was determined with authentic samples using GC and GC-MS.Preparation of NOxPhosphorus pentoxide(10g)was taken in a three-necked round bottom flask(100ml).Theflask was kept in an electrically heated oil bath and heated at60–65 C.A slow stream of nitrogen gas was passed through the side neck, to drive the NOx formed.Concentrated nitric acid(70%,4ml)was added at a slow rate(1drop=min)through a dropping funnel.The gas which evolved was introduced through a glass tube into theflask containing substrate dissolved in ethylenedichloride(EDC).General Procedure of NitrationSubstrate(30mmol)was taken in a three-necked round bottomflask(50ml) and dissolved in ethylenedichloride(30ml).Theflask was kept in an oil bath main-tained at40–45 C.The solution was stirred magnetically.The NOx from the NOx generator was bubbled through a glass tube in the solution containing substrate. ACKNOWLEDGMENTFinancial support by the Government of India under‘‘Technical Education Quality Improvement Programme’’(TEQIP)is gratefully acknowledged.AROMATIC NITRATION3737REFERENCES1.(a)Olah,G. A.;Malhotra,R.;Narang,S. C.Nitration Methods and Mechanisms;VCH Publications:New York,1989;(b)Schofield,K.Aromatic Nitration;Cambridge University Press:Cambridge,1980.2.Smith,K.;Gibbins,T.;Millar,R.W.;Claridge,R.P.A novel method for the nitration ofdeactivated aromatic compounds.J.Chem.Soc.Perkin Trans.12000,12753–2758.3.Smith,K.;Musson,A.;Deboos,G.A.A novel method for the nitration of simple aro-matic .Chem.1998,63,8448–8454.4.Suzuki,H.;Mori,T.Ozone-mediated nitration of chloro-and bromo-benzenes and somemethyl derivatives with nitrogen dioxide.High ortho-directing trends of the chlorine and bromine substituents.J.Chem.Soc.Perkin Trans.21994,479–484.5.(a)Mori,T.;Suzuki,H.Ozone-mediated nitration of aromatic compounds with loweroxides of nitrogen.(The Kyodai-nitration).Synlett.1995,5,383–392;(b)Peng,X.;Suzuki,H.Regioselective double kyodai nitration of toluene and chlorobenzene over zeolites.High preference for the2,4-dinitro isomer at the second nitration stage.Org.Lett.2001,3,3431–3434.6.Suzuki,H.;Yonezawa,S.;Nonoyama,N.;Mori,T.Iron(III)-catalysed nitration ofnon-activated and moderately activated arenes with nitrogen dioxide–molecular oxygen under neutral conditions.J.Chem.Soc.,Perkin Trans.11996,2385–2389.7.Sato,H.;Hirose,K.Vapor-phase nitration of benzene over solid acid catalysts:Nitrationwith nitric oxide(NO2).Appl.Catal.A:Gen.1998,174,77–81.8.Smith,K.;Almeer,S.;Black,S.J.para-Selective nitration of halogenobenzenes using anitrogen dioxide–oxygen–zeolite mun.2000,1571–1572.9.(a)Taylor,R.Electrophillic Aromatic Substitution;Wiley:Chichester,1990;(b)Frank,H.G.;Stadelhofer,J.W.Industrial Aromatic Chemistry;Springer:Berlin,1988,chap5.10.(a)Qian,H.;Ye,Z.-W.;Lu,C.-X.Investigation on HZSM-5assisted selective nitration ofchlorobenzene with N2O5;Chinese J.Energ.Mater.2007,15,56–59;(b)Cheng,G.-B.;Lu,C.-X.Study on regioselective synthesis of mononitrochlorobenzene on SO2À4=WO3-ZrO2catalysts.Hanneng Cailiao=Energ.Mater.2002,10,168–170;(c)Veretennikov,E.A.;Lebedev, B. A.;Tselinskii,I.V.Nitration of chlorobenzene with nitric acid in a continuous installation.Russ.J.Appl.Chem.2001,74,1872–1876.(d)Parida,K.M.;Pattnayak,P.K.Sulphated zirconia:An efficient paraselective catalyst for mononitration of halobenzenes.Catal.Lett.1997,47,255–257;(e)Choudary,B.M.;Sarma,M.R.;Kumar,K.Fe3þ-Montmorillonite catalyst for selective nitration of chlorobenzene.J.Mol.Catal.A–Chemical1994,87,33–38;(f)Veretennikov,E.A.;Lebedev,B.A.;Tselinskii,I.V.Kinetics and mechanism of the nitration of chlorobenzene with nitric acid..Chem.2001,37,964–968.11.Caesar,G.V.;Goldfrank,M.Nitration of starches with nitrogen pentoxide in presence ofsodiumfluoride.J.Am.Chem.Soc.1946,68,372–375.3738M.A.PANDE AND S.D.SAMANTCopyright of Synthetic Communications is the property of Taylor & Francis Ltd and its content may not be copied or emailed to multiple sites or posted to a listserv without the copyright holder's express written permission. 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