Контрольные вопросы

1. Почему при проведении нитрования ароматических углеводородов необходимо энергичное перемешивание реакционной смеси?

2. Какова роль серной кислоты в нитрующей смеси?

3. Почему при нитровании толуола преимущественно образуются орто- и пара-нитротолуолы, а мета-изомера образуется мало? Дайте объяснение с точки зрения легкости образования соответствующих -комплексов.

4. Как можно определить конец реакции нитрования?

5. Какой состав имеет реакционная смесь в конце реакции? Какие побочные продукты образуются при нитровании толуола до мононитросоединения?

6. Как будет зависеть относительное количество 2,4-динитрото­луола в реакционной смеси от таких факторов, как:

а) порядок смешения реагентов (I – нитрующую смесь медленно приливают к толуолу; II – толуол медленно приливают к нитрующей смеси)?

б) температура реакционной смеси?

в) интенсивность перемешивания?

7. Почему в 2,4-динитротолуоле нуклеофильному замещению на группу -О-NО₂ подвергается водород преимущественно в положении 5?

8. При нитровании толуола при 60 С тринитротолуол практически не образуется, однако в смеси всегда присутствует небольшое количество тринитро-м-крезола. Как это можно объяснить?

9. Как выделяют нитротолуолы из их смеси с другими органическими соединениями, присутствующими в реакционной массе?

10. Используя данные о свойствах изомерных нитротолуолов, предложите способ выделения п-нитротолуола из их смеси.

11. Какие меры безопасности необходимо соблюдать в процессе получения нитротолуолов?

2.2.3. м-Динитробензол

В вытяжном шкафу собирают установку, состоящую из колбы на 100 мл (желательно с широким горлом) и термометра, укрепленного таким образом, чтобы его шарик был приближен ко дну колбы, но не касался его (рис. 20). Должна быть предусмотрена возможность нагревания колбы на сетке.

Смешивают в колбе 8,3 мл нитробензола с 25 мл концентри­рованной серной кислоты (d = 1,84 г/см^3) и нагревают до 80 – 90 С. Горелку выключают и небольшими порциями прибавляют 12,5 г тонко растертого нитрата натрия, следя за тем, чтобы температура не поднималась выше 130 С. Содержимое колбы постоянно перемешивают, покачивая установку вместе со штативом, на котором укреплена колба. Не должно наблюдаться сильного выделения оксидов азота. Образующийся по реакции м-динитробензол всплывает в виде маслянистого слоя. После добавки всего нитрата

Рис. 20. Схема установки для синтеза м-динитробензола

Рис. 19. Схема установки для синтеза м-динитробензола

включают горелку и продолжают нагревание при 130 С еще 30 минут. Затем содержимому колбы дают охладиться до 70 С и при энергичном перемешивании выливают в стакан, в котором находится приблизительно 100 г измельченого льда. м-Динитробензол выделяется в виде желтого осадка. Его отфильтровывают на воронке Бюхнера, промывают на фильтре водой, затем слабым (~10 %) раствором соды и снова водой до нейтральной реакции промывных вод. Хорошо отжимают кристаллы и сушат на воздухе. Полученный продукт взвешивают и определяют его температуру плавления.

Для очистки от примесей м-динитробензол перекристаллизовывают из небольшого количества спирта. Для этого неочищенный м-динитробензол помещают в колбу с обратным холодильником и прибавляют к нему 10 мл изопропилового спирта. Далее необходимый объем растворителя подбирают опытным путем, и наблюдая за растворением вещества при кипячении растворителя. Нагревают колбу на водяной бане и при необходимости, если нет полного растворения, прибавляют небольшими порциями изопропиловый спирт через верх холодильника. После полного растворения осадка к прозрачному горячему раствору через верх холодильника прибавляют по каплям воду до помутнения раствора. Добавляют в колбу несколько капель спирта до исчезновения мути и затем горячий однородный раствор, выключив предварительно горелку, переливают в сухой стаканчик. Дают раствору постепенно охладиться при размешивании его стеклянной палочкой. Выпавший м-динитробензол отфильтровывают на воронке Бюхнера, сушат до постоянного веса на воздухе, определяют массу и температуру плавления продукта.

Выход 70 %. Т_пл 90 С.