甲苯硝化实验实验报告

甲苯的选择性硝化实验报告

姓名：陈祥林文岳

学院：化材

专业：化工

***师：***

2016年 11 月 14 日

目录

1. 绪论 (1)

2. 实验性质、目的和任务 (1)

3. 实验内容 (2)

3.1. 实验药品 (2)

3.2. 实验主要设备 (3)

3.3. 邻硝基甲苯和对硝基甲苯的合成 (3)

3.3.1. 反应时间的影响 (3)

3.3.2. 反应温度的影响 (5)

3.3.3. 溶剂的影响 (7)

3.3.4. 醋酐用量的影响 (9)

3.3.5. 硝酸盐的影响 (11)

4. 邻硝基甲苯和对硝基甲苯的分离 (13)

5. 产物分析 (13)

6. 总结 (13)

参考文献 (14)

致谢 (15)

1.绪论

摘要：

硝化反应(nitration)，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（nitronium ion，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。必须要在更剧烈的反应条件（例如：高温）或是更强的硝化剂下进行。

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

硝化反应是生产染料、药物及某些炸药的重要反应，在现在化工工业中被广泛利用。硝化是向有机化合物分子中引入硝基的过程，硝基就是硝酸失去一个羟基形成的一价的硝基。对于脂肪族化合物的硝化代表产品为硝基烷烃，硝基烷烃为优良的溶剂，对纤维素化合物、聚氯乙烯、聚酰胺、环氧树脂等均有良好的溶解能力，并可作为溶剂添加剂和燃料添加剂。它们也是有机合成的原料，如用于合成羟胺、三羟甲基硝基甲烷、炸药、医药、农药和表面活性剂等。

关键词：固体酸、酸性离子液体、催化剂、甲苯、选择性硝化、气相色谱2.实验性质、目的和任务

硝基甲苯有邻、间、对位三种异构体, 其中对硝基甲苯是一种最为重要的精细化工中间体, 可广泛用于含能材料等合成领域。目前, 工业上普遍采用硝硫混酸硝化技术生产对硝基甲苯, 随着社会的进步, 该工艺的缺点日益突出:硝化产物邻位和对位异构体的重量比(o/p值)约为1.67, 而且几乎没有选择性;过程中会产生大量的废酸和有机酸性废水, 对设备腐蚀和环境污染严重, 无法满足可

持续发展的要求;同时, 反应过程中发生的多硝化、氧化等副反应也会产生严重的安全隐患。因此, 积极寻找适宜的硝化剂和催化剂, 建立新的硝化反应体系, 以降低甲苯硝化产物的o/p值, 提高甲苯硝化反应的选择性, 改善硝化反应环境, 这是目前硝化领域的研究热点。

本实验目的和任务是通过该实验学习，着力培养宽广知识基础和基本技能，为今后的发展奠定基础。掌握化工产品合成的实验基本知识及实验技术；熟悉化工产品的合成、提取、分离、精制、检测的过程与方法，了解化工产品的开发过程。通过全面系统的实验训练，提高自身的理论水平和动手能力。

3.实验内容

3.1.实验药品

表1 试剂汇总

3.2.实验主要设备

3.3.邻硝基甲苯和对硝基甲苯的合成

将一定量的金属硝酸盐研碎后, 加到甲苯与溶剂组成的体系中, 随后加入计量的醋酐, 控制在指定的温度反应一定的时间后, 过滤, 将滤液处理至中性后, 以气相色谱分析其中各组分的含量。

3.3.1.反应时间的影响

将8 ml甲苯与40 ml氯仿混合，加入10 g三水硝酸铜及20ml醋酐，在40 o C 反应。反应过程中每隔1 h取样，总共取5个样，样品加入氯仿稀释降温，然后用液相色谱分析，绘制反应时间和反应物浓度曲线，在t时刻作切线，计算瞬时反应速率。

表1 反应时间对硝化反应的影响

时间甲苯转化率邻硝基甲苯收率%对硝基甲苯收率%邻位/对位（摩尔比）1 h///0.98

2 h///0.92

3 h///0.95

4 h///0.99

5 h/36.8938.99 1.03

3.3.2.反应温度的影响

将8 ml甲苯与40 ml氯仿混合，加入10 g三水硝酸铜及20ml醋酐，在指定温度下反应2 h。温度可选择20 o C、30 o C、40 o C、50 o C和60 o C。通过液相色谱分析产物组成，计算甲苯的转化率，邻硝基甲苯和对硝基甲苯的收率。

表2 温度对硝化反应的影响

温度甲苯转化率邻硝基甲苯收率对硝基甲苯收率邻位/对位（摩尔比）30 o C////

35 o C48.45%36.45%28.12% 1.27

40 o C67.40%43.11%28.20% 1.14

45 o C71.26%45.21%39.33% 1.15

50 o C75.33%42.12%37.21% 1.13

3.3.3.溶剂的影响

将8 ml甲苯与40 ml选定的溶剂混合，加入10 g三水硝酸铜及20ml醋酐，在40 o C下反应2 h，考察各种溶剂对反应的影响。

表3 溶剂对硝化反应的影响

溶剂甲苯转化率

（%）

邻硝基甲苯

收率（%）

对硝基甲苯

收率（%）

邻位/对位

（摩尔比）

环己烷51.33%38.64%31.55% 1.22四氯化碳62.65%36.75%30.12% 1.22氯仿63.21%40.35%31.25% 1.29二氯甲烷62.45%41.81%29.20% 1.43四氢呋喃13.34% 4.52% 3.21% 1.40