精细有机合成技术 教学课件 ppt 作者 薛叙明 主编 刘同卷 主审第四章.ppt

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第四章 硝化及亚硝化 二、用浓硝酸硝化制备1,4-二甲氧基-2-硝基苯 1,4-二甲氧基-2-硝基苯是生产染料的中间体,主要用于生产黑色盐ANS。1,4-二甲氧基-2-硝基苯是以浓硝酸为硝化剂,由对二甲氧基苯进行硝化而得。 其工艺过程为:在搪瓷反应釜内加入505kg水和345kg对二甲氧基苯,搅拌并加热至52℃使对二甲氧基苯溶解于水。在65℃以下,缓慢加入259kg浓硝酸,约持续4h。加料完毕后,升温至85℃反应4h。然后,冷却至60℃后加水稀释,再冷却到35℃以下,产物便结晶析出,经抽滤、水洗至中性,干燥后即得产品。本品为金黄色针状结晶,能溶于苯、乙醇、氯仿和硫酸中,不溶于水。 第四节 应用实例 第三节 混酸硝化 一、混酸组成的选择 混酸的组成标志着混酸的硝化能力,合理选择混酸组成对生产过程的顺利进行十分重要。工业上常用硫酸脱水值和废酸计算浓度,表示混酸的硝化能力。 1.硫酸脱水值 硫酸脱水值是指硝化终了时废酸中硫酸和水的计算质量之比,也称作脱水值。用符号D.V.S.(Dehydrating Value of Sulfuric Acid的缩写)表示。 第三节 混酸硝化 当已知混酸的组成和硝酸比时,脱水值的计算如下(假设一硝化反应进行完全,且无副反应): 式中:S——混酸中硫酸的质量百分数; N——混酸中硝酸的质量百分数; φ——硝酸比 当φ=1时,则上式可简化为: 若D.V.S.值大,表示硝化能力强,适用于难硝化的物质,反之亦然。 第三节 混酸硝化 2.废酸计算浓度 废酸计算浓度是指混酸硝化终了时,废酸中硫酸的计算浓度,亦称硝化活性因素。用符号F.N.A.(Factor of Nitration Activity的缩写)表示。 当φ=1时,可如下表示: 或 当φ=1时,则D.V.S.与F.N.A.的换算关系有: 当φ=1时,则D.V.S.与F.N.A.的换算关系有: 从F.N.A.计算式可知,当F.N.A.为常数,S和N为变量时,该式为一个直线方程。这说明:在这一直线上的所有混酸组成都满足相同的F.N.A.值或D.V.S.值,但真正具有实际意义的混酸组成仅是该直线中的一小段而已。 第三节 混酸硝化 3. 选择混酸组成的一般原则 混酸硝化时,混酸组成的选择一般应符合如下原则:(1)可充分利用硝酸;(2)可充分发挥硫酸的作用;(3)在原料酸所能配出的范围以内;(4)废酸对设备的腐蚀性小。 这些原则的贯彻可通过图4-5来说明。图4-5是以摩尔百分数表示的混酸成分三角坐标图。在硝化过程中,由于每消耗1mol硝酸就生成1mol水,故反应前后总的mol数不变,硫酸的摩尔百分数也保持不变。设原料混酸成分为A,在发生硝化后,酸的成分沿着平行于HNO3-H2O轴的方向移向A’(未考虑副反应)。图中的AA’,BB’和CC’表示三种不同的等脱水直线。当硝基苯硝化时,从理论上讲,图中极限线以右区域所包括的混酸都可用来制取二硝基苯。 第三节 混酸硝化 第三节 混酸硝化 然而如果选用AA’线上的混酸,则废酸A’中尚含有大量未反应的硝酸;如果选用CC’线上的混酸,则从C’看尚没有充分发挥硫酸的作用,因为C’在极限线以右,向其中补加硝酸还可继续硝化。从图上看,选择BB’线上的混酸成分较为合理,可以使硝酸和硫酸都得到充分利用。但是BB’线上的混酸成分仍然很多,如果选用的混酸成分接近B’,混酸的用量将很大;如果选用的混酸成分接近B,虽然混酸用量最少,但开始阶段反应过于激烈,而且需要用无水硫酸与无水硝酸来配制。用E(浓硫酸)D(浓硝酸)两种原料酸配成的混酸成分都在ED线上,ED线与BB’线的交点为F,所以如果用E、D和B’三种酸作为配制混酸的原料酸时,混酸成分应在PB’线上。表4-5给出用于氯苯一硝化的三种混酸组成,其F,N.A.值和D.V.S.值均相同,选择第一种混酸时,硫酸的用量最省,但相比太小,操作难以控制,容易发生多硝化和其他副反应;选择第三种混酸则生产能力低,废酸量大;因此,具有实用价值的是第二种混酸。 总之,为了保证硝化过程顺利进行,对于每个具体产品都应通过实验确定适宜的D.V.S.或F.N.A.值、相比、硝酸比和混酸组成。表4-6是某些重要硝化过程的技术数据。

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