磺化反应

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CH3
0℃ 10%H 2SO 4 ,
SO3H CH3
CH3
150℃ SO3H 200℃ CH3 SO3H
萘磺化----温度对多取代的影响
SO3H H2SO4 60℃ 80℃ 发 硫 烟 酸 SO3H SO3H HO3S H2SO4 160℃ 160℃ 170℃ SO3H SO3H
磺化反应中的异构化
举例如下: 如:甲基(CH3),用还原法给它加上 一个氢原子(-H)将其还原为甲烷,因为我们 知道甲烷是一个分子,呈点中性,而氢原子电 负性很低,通常与其他基团结合时都显正电 场,故此甲基就应该显负电场,根据上面的定 义可知甲基为供电基团. 再如:硝基(NO2),用 还原法给它加上一个羟基(-OH)使之构成硝 酸分子(HNO3),因羟基显负电,故硝基显正 电,根据上述定义可知硝基为吸电子基团.
(在低温用较浓的硫酸磺化时,水解速度很慢,可以看作是不可逆 磺化。在高温下用较稀的硫酸磺化时,水解速度较快,可以看作是 可逆磺化。)
三、温度
A,温度太低,反应速率低;温度太高,引起 多磺化、氧化等负反应 B,影响-SO3H基团的取代位置 ( -SO3H 的体积大)
甲苯磺化----温度对取代位置的影响
二、磺基的水解
ArSO3 H H 2O ArH H 2 SO4
磺基的水解规律
有吸电子基的芳磺酸,芳环上的电子云密度较低, 磺基难 水解 有给电子基的芳磺酸,芳环上的电子云密度比较 高,磺 基容易水解 介质中H+3O的浓度越高,水解速度越快,因此磺 酸的水解都采用中等浓度的硫酸 磺化和水解的速度与硫酸温度有关,每升高10℃, 磺化速度增加2倍,水解速度增加2.5-3.5倍。
终点判断
游离酸的含量下降至3.0-3.5%
三、三氧化硫磺化法
优点:反应不生成水 Ar + SO3 →ArSO3H 缺点:液相区窄 由于SO3非常活泼→注意温度控制和加料顺 序
1,气体三氧化硫磺化
为使反应容易控制、减少副反应以保证产品 的质量,需要将SO3用干燥空气稀释 反应器内外需水冷却 优点:生产能力大,产品质量好,停留时间短,
二、共沸去水磺化法
原理 用共沸原理由未反应的苯蒸汽带出反应生成 的水, 保持磺化剂的浓度不至于下降太多 设备:釜式和塔式反应器 共沸去水法只适合于沸点较低、易挥发的芳烃 工艺过程
92.5%的硫酸→90-120℃(苯蒸汽过热150℃)→自动升温到180190℃→160-170℃下保温
Cl
P Cl
OH
+
HClN(C2H5)3
形成副反应
O NH
+
NH2
SO3 -N(C2 H5)3
O NH
NH
SO3H-N(C2H5 )3
O NH
N
SO3H-N(C2H5)3
(C2 H5 )3N-HO3S 二磺化物
知识点:1------SO3
SO3,性质活泼,室温下易聚合,三种聚合形式
α针状纤维 与P相似,但 包含连接层与 层的键
2,芳磺酸的分析
(1)定性分析容易精制并有固定熔点的磺酸盐或磺酸衍
生物
(2)定量分析
色层分析法 (薄板色层或柱色层定量分析) 高压液相色谱和紫外光分光光度计――快速分析
中一车间磺化反应
O NH
+
NH2
SO3 -来自百度文库(C2 H5)3
O NH
POCl3
NH
SO3H-N(C2H5)3
O O N
+
SO 2 N H
等分子比或稍过量的氯磺酸磺化,得到芳磺酸
过量很多的氯磺酸磺化,得到芳磺酰氯
五、亚硫酸盐磺化法
亲核置换的磺化法,用于将芳环上的卤基 或硝基置换成磺基
2,4-二硝基氯苯
§6 磺化过程的控制与产品鉴定
1,总酸度和游离硫酸的测定
NaOH标准溶液滴定--总酸度 过量的BaCl2标准液、K2Cr2O7标准液滴定--硫酸的含量 总酸度与硫酸含量之差--磺酸的含量
SO3H
160℃
SO3H
四、添加剂的影响
(1) 促使反应易于进行 吡啶,邻氯苯甲醛
(2)改变定位
O
SO3H
O
Hg盐 烟 酸 /发 硫
O
发 硫 烟 酸
O O
SO3H
O
(3) 抑制负反应
HAc、Na2SO4 ----抑制砜的生成 硼酸(与羟基形成硼酸酯)----阻止氧化反应
Ar SO3 H 2 H 2 SO4 Ar SO2 H 3O 2 HSO4 Ar SO2 ArH ArSO2 Ar H
β丝状纤维
O O S O O O S O O O S O O O S O
γ液态
O O 2S O SO2 SO2 O
Tm=62.3℃
链状复合体 Tm=32.5℃
环状复合体 Tm=16.8℃
工业上采用SO3 作磺化剂的三种形式
①直接利用液体SO3,磺化能力极强
②由液体SO3蒸发得气态SO3 ③如无SO3来源,可将20%-25%的 发烟硫酸在250℃ 蒸出SO3



羟基蒽醌磺化时加入硼酸
O
OH H3BO3
O
SO3H
O
O
§5 磺化方法
过量硫酸磺化法 共沸去水法 三氧化硫磺化法 氯磺酸磺化法 亚硫酸盐磺化法
一、过量硫酸磺化法
优点:适用面广;缺点:磺酸过量较多――废酸多,生产能力较低 Ar-H + H2SO4 → ArSO3H + H2O - Q; 反应初期速率快,需要冷 却,反应后期速率慢,需要加热。 设备:铜锅或铸铁锅(带夹套) 搅拌器:取决于反应体系的粘度,高温磺化,粘度低,对搅拌的要求 不高;低温磺化,粘度高,采用低速大功率的锚式搅拌 加料次序:取决于原料的性质、反应温度以及引入磺基的位置与数目 一般地,若反应物在磺化温度下是液态,在磺化反应釜中先加入被磺 化物,然后再慢慢加入磺化剂,以免生成较多地二磺化物 若被磺化物在磺化温度下是固态(如2-萘酚,萘),在磺化反应釜 中先加入磺化剂,然后在低温下加入被磺化物,再升高温度→提高反 应活性 终点判断:根据磺化产物的性质来判断
原料配比精确,热量移出迅速,能耗小
已代替发烟硫酸磺化法 生产十二烷基苯磺酸钠
气态SO3制备十二烷基苯磺酸钠
制备十二烷基苯磺酸钠的流程
2,液体三氧化硫磺化
适用:不活泼液态芳烃的磺化 ;磺酸产物
在反应温度下必须是液态;体系粘度不大 对硝基甲苯的磺化 硝基甲苯的磺化 稍过量的液态三氧化硫慢慢滴加到硝基苯 →自动 升温至70-80℃ → 95-120℃保温→硝基苯完全消 失 →磺化物稀释、中和 → 产物间硝基苯磺酸钠
过量硫酸法 共沸去水法(溶剂法) 三氧化硫法 氯磺酸(Cl SO3H )磺化法 亚硫酸盐磺化法(NaHSO3)
§2 磺化剂的种类
1,SO3---最有效的磺化剂 2,H2SO4和发烟硫酸 3,氯磺酸 4,亚硫酸钠或亚硫酸氢钠
§3 磺化动力学
可能的磺化质点是不同溶剂化的SO3分子 ,
a, 在发烟硫酸中主要的磺化质点为SO3, b, 在较浓的硫酸中的质点为H2S2O7,它是SO3和H2SO4溶 剂化的形式 C,在较低浓度的硫酸中(80%-85%)主要是H3SO4+, 它是SO3和H3O+溶剂化形式
K
[ H 3O ] [ HSO4 ] [ H 2O ] 1 [ H 2 SO4 ] K1(1 [ H 2O ]) v( SO3 ) k ( SO3 )[ ArH ] [ H 2 O ]2
2
1-[H2O] ≈1
§4 磺化反应的影响因素
一、被磺化有机物的性质 二、磺基的水解 三、磺化温度 四、添加剂的影响
SO 3 SO 3
+ H2SO4
+
H2S 2O 7 H3SO 4
+
+ H3O
磺化反应动力学
ArH SO3 k ArSO3 H v( SO3 ) k ( SO3 )[ ArH ][SO3 ]
K1 2 H 2 SO4 SO3 H 3O HSO4
K1[ H 2 SO4 ]2 [ SO3 ] [ H 3O ][HSO4 ] K1[ H 2 SO4 ]2 v( SO3 ) k ( SO3 )[ ArH ] [ H 3O ][HSO4 ] H 2O H 2 SO4 H 3O HSO4
(100-X)g H2SO4
浓度换算关系: CH2SO4 =100+0.225CSO3
CSO3
= 4.44(CH2SO4 -100)
硫酸和发烟硫酸浓度换算
发烟硫酸CSO3换算为 CH2SO4 SO3 + H2O H2SO4
80
x 18 98 y
CH2SO4 =100-x+y =100-x+(98/80)x=100+ (18/80)x Ex,20%发烟硫酸换算为 CH2SO4
磺化反应
1.概述 2.磺化剂的种类 3.磺化反应历程 4.磺化反应的影响因素 5.磺化方法 6.磺化过程的控制与产品鉴定
§1 概述
1,定义
Ar-H + H2SO4 → Ar-SO3H +H2O
有机化合物里的氢原子被硫酸分子里 的磺酸基(—SO3H)所取代的反应称为 磺化反应。但由于该反应主要在芳香化合 物中发生,故经常被特指为芳香化合物上 的磺化反应。 2,磺化方法(引入SO3H基的方法)
酸中含为80g H2SO4,20g发烟硫酸折算为(98/80)X20g H2SO4 100g酸中含有H2SO4量为80+98/80 X20g =104.5
CH2SO4=104.5%
重点监控工艺参数:磺化反应釜内温度; 磺化反应釜内搅拌速率;磺化剂流量;冷 却水流量。 安全控制的基本要求:反应釜温度的 报警和联锁;搅拌的稳定控制和联锁系统; 紧急冷却系统;紧急停车系统;安全泄放 系统;三氧化硫泄漏监控报警系统等。
一、被磺化物的性质
磺化反应是亲电取代,已有取代基是给电基团,
使反应易进行;已有取代基为吸电基团使反应难进行
常见有机物磺化反应难易程度
CH3 Cl NO2
>
>
>
>
供电子基:对外表现负电场的基团. 吸电子基:对外表现正电场的基团. 根据电负性用还原法识别基团所表现的电 场. 还原法:将基团加上一个氢原子(-H)或者 羟基(-OH)使之构成一个中心元素的化合价 为常用的分子,如此以来,分子呈中性,氢原子 显正电,羟基显负电,剩下的基团所表现出的 电性就可以判断了.
知识点2------H2SO4和发烟硫酸
H2SO4有两种规格(92-95%绿矾油,98-100% SO3.H2O等mol络合物) 发烟硫酸有两种规格(含有游离的H2SO4和SO3 ) 20-25%, 最低熔点,-11 -- -4℃ , 60-80%,最低熔点, 1.6 – 7.7℃ X%发烟硫酸的含义:100g酸中,Xg游离的SO3和
3,三氧化硫的溶剂法
优点:适用于被磺化物或磺化产物为固态;,反应
温和、容易控制
无机溶剂:是硫酸和液体二氧化硫
硫酸能破坏磺酸的氢键缔合,降低磺化物的粘度 液体二氧化硫和三氧化硫混溶,而且能溶解许多有机 物和某些磺酸;二氧化疏的汽化潜热可以保持低温磺 化 醚、硝基甲烷 优点:价廉,稳定,容易回收、对有机物混溶;对三氧 化硫的溶解度常在25%以上 ; 一般不能溶解磺酸,反应物常常变得很粘稠
有机溶剂:二氯甲烷、二氯乙烷、四氯乙烷、石油
四、氯磺酸的磺化
氯磺酸的结构 磺化能力很强,仅次于三氧化硫 氯磺酸遇水立即水解
ClSO3 H H2O H2 SO4 HCl
氯磺酸磺化时,根据氯磺酸用量的不同可制 得芳磺酸(等量或稍过量)或芳磺酰氯 (过 量很多)
氯磺酸的结构
磺化工艺安全控制
宜采用的控制方式:将磺化反应釜内 温度与磺化剂流量、磺化反应釜夹套冷却 水进水阀、釜内搅拌电流形成联锁关系, 紧急断料系统,当磺化反应釜内各参数偏 离工艺指标时,能自动报警、停止加料, 甚至紧急停车。 磺化反应系统应设有泄爆管和紧急排 放系统,以防止意外情况的发生。
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