Công Nghệ Hóa Dầu - P6

Bài học nói về quá trình nitrơ hóa là quá trình đưa một hoặc nhiều nhóm -NO2 vào trong các hợp chất trung gian. Đây là một trong những quá trình cơ bản trong CNTHHC và HD vì cho sản phẩm có nhiều ứng dụng: sản xuất thuốc nổ, sản xuất nước hoa, sản xuất sơn và vecni, các dung môi, các hợp chất amin.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Công Nghệ Hóa Dầu - P6 CHƯƠNG VI: QUÁ TRÌNH NITRO HÓA §1. NHỮNG ĐẶC TRƯNG VỀ QUÁ TRÌNH NITRO HÓA- Định nghĩa: Quá trình nitro hóa là quá trình đưa một hoặc nhiều nhóm -NO2 vàotrong các hợp chất trung gian. Đây là một trong những quá trình cơ bản trongCNTHHC và HD vì cho sản phẩm có nhiều ứng dụng: sản xuất thuốc nổ, sản xuấtnước hoa, sản xuất sơn và vecni, các dung môi, các hợp chất amin.- Phân loại: tùy thuộc vào việc gắn nhóm -NO2 ở nguyên tử C, N, O phân thành cácquá trình: + C nitro hóa + O nitro hóa + N nitro hóa Trong 3 dạng này thì C nitro hóa được quan tâm nhiều nhất và được chia thành: + nitro hóa các hydrocacbon thơm + nitro hóa các hydrocacbon mạch thẳng- Quá trình này có thể tiến hành trong pha lỏng hoặc pha khí với tác nhân nitro hóathường dùng là HNO3 hoặc N2O5 (pentoxit dinitơ) hoặc N2O4 (teroxit dinitơ)- Các phương pháp thực hiện quá trình C nitro hóa : + thế 1 nguyên tử H bằng 1 nhóm -NO2 + thế 1 nhóm chất nào đó trên nhân thơm bằng 1 nhóm -NO2 + cộng nhóm -NO2 vào nối đôi → trong đó phương pháp thứ nhất là phổ biến nhất- Cơ chế: Quá trình nitro hóa có thể xảy ra theo cơ chế gốc (O 2N+) hoặc ion (O2N*) tùythuộc vào điều kiện phản ứng:1. Khi nitro hóa hydrocacbon thơm, dưới tác động của xúc tác, phản ứng xảy ratheo cơ chế cation Xúc tác : có 2 loại + xúc tác có proton HA: H2SO4, H3PO4; trong đó a. H2SO4 là phổ biến nhất + xúc tác không proton: BF3... → xúc tác Lewis 11.1. Trường hợp tác nhân nitro hóa là HNO3- Xúc tác HA HA H+ + A- H - O - NO2 + H+ H - O+ - NO2 (nhanh) H H - O+ - NO2 tự phân hủy H2O + O2N+- Xúc tác Lewis H F H - O - NO2 + BF3 HO - B- - F + O2N+- Sau đó ion O2N+ sẽ tấn công vào nhân thơm F H NO2 + O2 N+ NO2 + + H+ +1.2. Trường hợp tác nhân nitro hóa là N2O4 N2O4 là dạng dime của NO2 NO2 ở điều kiện thường là chất khí, khi hạ nhiệt độ thì dime hóa tạo N2O4 Khi có mặt của xúc tác acid H2SO4 quá trình xảy ra theo cơ chế sau: O2N - NO2 ↔ O2 N+ + O2 N - O2 N - + H2SO4 ↔ HNO2 + HSO4- HO - NO + H2SO4 ↔ ON+ + H2O + HSO4- H2 O + H2SO4 ↔ H3 O+ + HSO4- N2 O4 + 3H2SO4 ↔ O2N+ + ON+ + H3O+ + 3 HSO4-→Vậy cứ một phân tử N2O4 thì tạo ra một gốc O2N+1.3. Trường hợp tác nhân nitro hóa là N2O5 Khi có mặt của xúc tác acid H2SO4 quá trình xảy ra theo cơ chế sau: 2 O2N - O - NO2 ↔ O2 N+ + O3 N- O3 N- + H2SO4 ↔ HNO3 + HSO4- HO - NO2 + H2SO4 ↔ O2 N+ + H2O + HSO4- H2 O + H2SO4 ↔ H3 O+ + HSO4- N2 O5 + 3H2SO4 ↔ 2 O2N+ + H3O+ + 3 HSO4- → Vậy cứ một phân tử N2O5 thì tạo ra hai gốc O2N+ → Khi dùng N2O5 thì hiệu quả hơn dùng N2O4 * Tương tự như phản ứng thế Clo, do ảnh hưởng của nhóm -NO2 trong nhânthơm rất lớn nên vận tốc của các giai đoạn nitro hóa tiếp theo giảm đi rõ rệt so với cácgiai đoạn trước.2. Khi nitro hóa hydrocacbon parafin, dưới tác động của nhiệt hoặc chất khơimào, phản ứng xảy ra theo cơ chế gốc tự do phân rã HONO2 HO* + NO2* HO* + RH R* + H2 O hay NO2* + RH R* + HNO2 R* + NO2* RNO2 3 §2. CÁC QUÁ TRÌNH NITRO HÓA THEO NGUYÊN TỬ CACBONI. Nitro hóa các hydrocacbon thơm- Nitro hóa các hydrocacbon thơm (Ar) là quá trình thế 1 nguyên tử H trên nhân thơmbằng một nhóm NO2+. Quá trình này thường xảy ra trong pha lỏng ở nhiệt độ cao vớitác nhân nitro hóa là HNO3, N2O4, N2O5 với sự có mặt của H2SO4. Phương trình phản ứng: ArH + HNO3 ↔ ArNO2 + H2O- Trong các hydrocacbon thơm được dùng trong công nghiệp thì Benzen, Tolu ...