 |
Экспериментальная установка.
|
|
|
|
Реакция окисления ведется в термостойкой круглодонной колбе вместимостью 250 мл, которая соединена с обратным водяным холодильником через двурогий форштос. К последнему присоединяется и капельная воронка на 50 мл. Поскольку реакционная среда чрезвычайно агрессивна, то все соединения выполняются только на шлифах.
Проведение эксперимента
Работа относится к числу работ повышенной опасности. Циклогексанол проникает через кожу, раздражает глаза, является кровяным ядом. Особой осторожности требует обращение с азотной кислотой. Она причиняет тяжелые ожоги, окрашивая кожу в желтый цвет, может быть причиной экземы. Длительное вдыхание ее паров вызывает разрушение зубов, конъюнктивиты, поражает роговицу глаз. Если кислота попала на руки, одежду, то ее необходимо быстро и тщательно смыть большим количеством холодной воды, затем - слабым раствором соды.
Всю эту работу необходимо проводить в вытяжном шкафу при включенной тяге, аккуратно и без спешки!
Очень важно перемешивание (кипение) в реакторе. При повышенных температурах кислота способна быстро разлагаться с увеличением объема, а в смеси с органическими веществами взрывается. Стекло вытяжного шкафа должно быть приспущено, а перед установкой нужен защитный экран из прозрачного пластика.
В реактор помещают несколько "кипелок", рассчитанное количество азотной кислоты заданной концентрации, катализатор. В капельную воронку (при закрытом кране) наливают 10 г циклогексанола (
= 962 кг/м3 при 200С). Пустив воду в холодильник, нагревают реактор электроплиткой (не должна касаться колбы!) до слабого кипения кислоты. Осторожно подают 6-8 капель циклогексанола и закрывают кран. Через минуту - две (после успокоения массы) со скоростью 8-10 капель в минуту добавляют остальной спирт при слабом кипении массы. Закрыв кран воронки, кипятят содержимое раствора до прекращения выделения окислов азота. Для кристаллизации переливают горячую смесь в стакан, который охлаждают холодной водой. Фильтрат отсасывают на воронке под вакуумом. Кристаллы на фильтре промывают 5 мл ледяной воды. Определив массу сырых кристаллов (кислоты-сырца), при необходимости проводят их перекристаллизацию из равного по массе количества дистиллированной воды. Сушат кристаллы на воздухе или при температуре < 1000С.
|
|
|
Возможные условия окисления приведены в табл.4.
Таблица 4
| Параметр | Ед. изм. | Пределы значений |
| Массовая доля исходной азотной кислоты | % | 30...65 |
Мольное отношение
| - | 3...6 |
| Массовая доля катализатора в циклогексаноле | % | 0,07...0,5 |
| Время окисления | Ч | 0,75...1,5 |
Концентрацию исходной кислоты определяют ареометрическим или пикнометрическим методом.
Количество кислоты требуемой концентрации рассчитывается по заданному мольному отношению кислота: циклогексанол.
Условия работы
Таблица 5
| Показатель | Ед. изм. | Значение |
Масса 
Заданное мольное отношение
Плотность исходной кислоты
Массовая доля загруженной кислоты
Масса загруженной кислоты
Масса катализатора
Время окисления
| г - кг/м3 % г г ч |
Для кислоты-сырца и перекристаллизованного продукта характерны их кислотное число и температура плавления. Для всех анализов требуются сухие вещества.
Кислотное число (К.Ч.) определяют, расворяя в 50 мл дистиллированной воды навеску адипиновой кислоты (около 0,07 г) взятую с точностью 0,0002 г; титруют водной щелочью в присутствии фенолфталеина. К.Ч. равно числу миллиграммов КОН, расходуемому на нейтрализацию кислот, содержащихся в 1 г вещества.
К.Ч.= 
(1)
где V1, V0 - объем растворов 0,1 н щелочи, пошедшей на титрование пробы и в слепом опыте,мл;
|
|
|
5,6 - число миллиграммов КОН в 1 мл 0,1 н раствора;
m - масса навески, г.
Щавелевую кислоту определяют перманганатометрически в кислой среде. Навеску 2 г адипиновой кислоты помещают в колбу вместимостью 50 мл, добавляют 10 мл воды и 2 мл 30 %-ной серной кислоты. Нагревают смесь до кипения и титруют 0,05 н раствором перманганата калия до слаборозового окрашивания. Массовую долю щавелевой кислоты рассчитывают по формуле:
(2)
где V - затраченный объем раствора перманганата, мл;
0,00225 - масса щавелевой кислоты, соответствующая 1 мл 0,05 н раствора KMnО4;
m - масса навески, г.
Полученные результаты заносят в табл.6.
Таблица 6
| Показатель | Ед. изм. | Кислота | |
| сырец | перекристаллизов. | ||
| Общая масса адипиновой кислоты Стехиометрическая масса кислоты Выход от стехиометрии Кислотное число Температура плавления Массовая доля щавелевой кислоты | г г % мг КОН/г 0С |
Тема 4. НИТРОВАНИЕ
Лабораторная работа
"НИТРОВАНИЕ АРЕНОВ НИТРУЮЩЕЙ СМЕСЬЮ"
Ароматические нитросоединения представляют большой интерес в промышленной технологии промежуточных продуктов, т.к. они используются в производстве красителей, ядохимикатов, взрывчатых веществ, лекарственных веществ и др.
Реакция нитрования необратима и суммарно записывается
Реакционная вода разбовляет азотную кислоту, замедляя процесс и повышая ее окислительную активность.
Поэтому нитрование чаще всего в промышленноси проводится смесью серной и азотной кислот. Последняя является катализатором, водоотнимающим средством и уменьшает окислительное действие.
Главным действующим агентом является ион нитрония.
Реакционная способность бензола относительно невелика, а у его алкилзамещенных она существенно выше - толуол нитруется примерно в 25 раз быстрее. С другой стороны, хлорбензол нитруется в тех же условиях примерно в 8 раз медленнее, чем бензол. Соответственно активности исходного сырья подбирают условия нитрования.
Заместители в бензольном ядре определяют преимущественное место вхождения итрогруппы.
Реакция очень экзотермична (примерно 150 КДж/моль на одну нитрогруппу). Тепловой эффект процесса дополнительно возрастает из-за разбавления смеси реакционной водой. Поэтому контроль температуры чрезвычайно важен.
|
|
|
|
|
|
