Cинтез сульфониловой кислоты

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

1. Теоретические основы

Сульфированием называется процесс введения сульфогруппы - SO2OH в органическое соединение. Продуктами реакции являются сульфоновые кислоты (сульфокислоты). Сульфирование широко используется в лабораторной практике и промышленности

Сульфокислоты и их производные находят разнообразное применение они являются полупродуктами в производстве фенолов и нафтолов многие производные сульфокислот используются в производстве азокрасителей, моющих средств, лекарственных препаратов, поверхностно-активных веществ применяются так же анилирующие агенты и дезинфицирующие средства.

Для введения сульфогруппы применяются различные сульфирующие агенты: серная кислота различных концентраций, олеум, серный ангидрид, сернистый ангидрид и кислород, сернистая кислота в виде солей щёлочных металлов, сернистый ангидрид и хлор, хлорсулульфоновая кислота.

Парафиновые углеводороды устойчивы к действию обычных сульфирующих агентов. Высшие парафины (от гексана) сульфируються 15%-ным олеумом при температуре кипения.

C6 H14 + HO - SO 2- OH > C6 H13 - SO5 + H2 O

Большое промышленное значение имеет сульфирование парафинов и циклопарафинов смесью сернистого газа и хлора (сульфохлорирование), а также смесью сернистого газа и кислорода (сульфоокисление).

1.1 Сульфирование ароматических соединений

Одно из характерных отличий ароматических углеводородов от парафинов лёгкость с которой ароматические соединения сульфируются серной кислотой. сульфаниловый кислота синтез

Наиболее легко сульфируются полициклические ароматические углеводороды (антрацен, фенантрен и др.) труднее нафталин ещё бензол.

Сульфирование серной кислотой - обратный процесс.

Ar - H +HOSO3H - Ar - SO3H + H2O

Вода выделяющееся при реакции понижает концентрацию серной кислоты, которая при этом теряет свои сульфирующие свойства и вызывает обратную реакцию - гидролиз образующейся сульфокислоты. Поэтому при сульфировании применяют большой избыток серной кислоты (от двух до пятикратного) или же используют олеум с таким содержанием серного ангидрида который достаточен для связывания выделяющейся воды.

При исследовании кинетики реакции сульфирования было установлено, что сульфирующим агентом является ион сульфония SO3 образующийся при реакции.

2H2SO4-SO3++H3O++HSO4-

1.2 Кристаллизация

Кристаллизацией называется процесс образование и роста кристаллов из расплавов, раствора или газовой фазы.

Обычно органические соединения, получаемые в результате той или иной реакции, представляет собой « сырые» продукты, загрязнённые примесями. Чтобы перекристаллизовать вещество, его помещают в колбу, во избежание перегрева жидкости и толчка при кипении раствора, в колбу перед нагреванием вносят «кипелки». После этого в колбу вливают воду в несколько меньшем количестве, что это необходимо для полного растворения вещества, и нагревают смесь до кипения, так как обычно кривая растворимости в близи точки кипения растворителя резко поднимается вверх. Нагревание ведут на водяной бане, затем осторожно добавляют такое количество воды, что бы при кипячении всё вещество растворилось полностью. Иногда твёрдое не очищенное вещество содержит окрашенные примеси смолистых продуктов; такие загрязнения трудно отделяются перекристаллизацией. В подобных случаях для обесцвечивания раствора добавляют активированный уголь. Что бы избежать адсорбции основного продукта, не следует брать слишком много угля. Обычно его добавляют 1-2% от количества очищаемого вещества.

Перед внесением активированного угля нужно несколько охладить раствор, т.к. уголь выделяет много воздуха, и это может привести к сильному вспениванию выбросу жидкости. Затем смесь кипятят 5-10мин и фильтруют ещё горячий раствор.

Если полученный горячий насыщенный раствор содержит какие либо механические примеси или муть, его отфильтровывают как можно быстрее через складчатый фильтр на воронке для горячего фильтрования. Если полученный раствор совершенно прозрачен и не содержит механических примесей, то фильтрование излишне, т.к. оно связано с потерей некоторого количества кристаллизируемого вещества.

После того как механические примеси будут удалены, горячий прозрачный раствор либо оставляют стоять в сосуде, накрытым часовым стаканом для медленного охлаждения, либо быстро охлаждают раствор, поместив колбу в холодную колбу или снег. При быстром охлаждении получаются мелкие кристаллы, а при медленном крупные.

Обычно стараются получить среднего размера т.к. крупные кристаллы содержат включение маточного раствора, а мелкие образуют густую кашицу между отдельными кристаллами которые также прочно удерживают маточный раствор. Если кристаллизация проходит медленно то можно центры кристаллизации создать искусственно, внося «затравку» в виде нескольких кристаллов того же самого чистого вещества. Кристаллизацию можно ускорить если потереть стеклянной палочкой стенки сосуда с раствором.

Кристаллизация считается законченной, когда дальнейшего выделения кристаллов не наблюдается, образовавшиеся кристаллы отделяются от маточного раствора фильтрованием с отсасыванием на воронке Бюхнера. После отсасывания вакуум отключают, заливают кристаллы не большим количеством воды перемешивают их стеклянной палочкой, снова включают вакуум и отсасывают раствор. Обычно бывает достаточно двух кратной промывки кристаллов холодным растворителем. После отсасывания и промывки осадок отжимают, а затем переносят на фильтровальную бумагу и сушат на воздухе.

Чистоту получаемого при кристаллизации вещества определяют по температуре его плавления после высушивания. Если вещество плавиться при более низкой температуре, чем указано в справочнике, то повторяют кристаллизацию до тех пор пока не получат вещество с указанной температурой плавления. Следует отметить, что с каждой новой перекристаллизацией количество вещества будет уменьшатся, т.к. потери при кристаллизации неизбежны как бы тщательно она не вилась.

Отличительная реакция

При обработке бромной водой в горячем водном растворе сулфаниловая кислота превращается триброманилин, который выпадает в виде мелкокристаллического осадка.

2. Оформление лабораторной работы

Общие требования:

После проведения экспериментов и анализа продуктов необходимо произвести расчёты, проанализировать результаты, сделать выводы, оформить отчёт.

Отчёт оформляется на листах формата А4, прошивается и включает следующие разделы:

Введение (в нём необходимо отобразить значение и применение процессов окисления в ТООНС )

Литературный обзор (методы получения, физико-химические и токсические свойства полученного продукта, промышленные методы, их сравнительную характеристику. Основной метод получения, применённый в данной лабораторной работе, рассматривается подробно с указанием химизма, теоретических основ производства, технологическая схема, конструкции реактора)

Экспериментальная часть (описание опытов и их результатов, рисунков установки, обсуждение результатов и выводов, список литературы)

Заполнить таблицы 1,2,3.

Таблица №1- Загрузочная таблица

Таблица №2- Таблица по технике безопасности

Таблица№3- Справочные данные

Расчёт загрузки выхода продукта

Методика проведения эксперимента

Цель роботы: изучение реакции сульфирования на примере получения сульфаниловой кислота. Выделение и характеристика сульфаниловой кислоты сравнение констант полученной кислоты с литературными определениями выхода.

Получение сульфаниловой кислоты

Описание роботы:

Формула

Основные реакции

Побочные реакции

Для получения сульфаниловой кислоты и других моносульфокислот первичных ароматических аминов обычно применяется метод основанный на том что при нагревании в течении нескольких часов при 180-1900С кислые сернокислые соли многих первичных аминов переходят в сульфокислоты, преимущественно в пара-положение. Анилин сульфируется при этом в качестве побочного продукта образуется ортаниловая кислота (о-аминобензолсульфокислота), которую с хорошим выходом можно получить при сульфировании анилина хлорсульфоновой кислотой в органических растворителях.

Сульфаниловая кислота (п-аминбензолсульфокислота) - бесцветное кристаллическое вещество Мол вес 173,18 температура разложения 280-3000С. Из водного раствора выкристаллизувывается двуводный гидрат при 0-210С с мол.весом 209 моногидрат - при 21-400С при более высокой температуре - безводная сульфаниловая кислота.

Применяется в промышленности для производства азокрасителей в лаборатории - для определения нитрилов обнаружения осмия рутения и др. Амиды сульфаниловой кислоты применяются в производстве.

Реактивы,посуда,приборы

Анилин свежеперегнанный - 9,3г или 9мл (0,1мл) Ступка фарфоровая - 1

Серная кислота (d=1,84) - 16,3мл (0,3мл) Чашка фарфоровая - 1

Едкий натр - 4г Колба Бунзена - 1

Соляная кислота - 2 раствор Воронка Бюхнера - 1

Активированный уголь Термометр - 1

Выполнение синтеза

Вариант1 В фарфоровую ступку помещают 5,5мл концентрированной серной кислоты и постоянно, небольшими порциями приливают 9,3г свежеперегнанного анилина. Образуется кислая сернокислая соль анилина, которую тщательно растирают пестиком и переносят в фарфоровую чашку. Последнюю нагревают куском азбестового картона и через отверстие в картоне опускают, в соль анилина, термометр. При нагревании на воздушной бане в течении 3-4ч при 175-1800С образуеться сухая твёрдая сульфаниловая кислота, реакция считается законченной, когда разбавленная раствором щёлочем проба сульфомассы не будет выделять капли анилина.

После окончания реакции горячую сульфаниловую кислоту измельчают в спирте и для очистки растворяют в растворе 4г едкого натра в 400мл воды, затем раствор кипятят 5 мин.с активированным углём для обесцвечивания, фильтруют и выделяют сульфаниловую кислоту, подкисляя соляной кислотой до кислой реакции (по конго красному). Раствор охлаждают холодной водой и через 20 мин отсасывают выпавшие кристаллы сульфаниловой кислоты через воронку Бюхнера. Затем красталлогидрат сульфаниловой кислоты ( ) перекристаллизовывают из вода и сушат.

Выход сульфаниловой кислоты ~ 11г.

Вариант 2. В круглодонную колбу на 100мл помещают 9,3г анилина и постепенно при постоянном встряхивании добавляют 16,3мл концентрированной серной кислоты. Смесь нагревают в вытяжном шкафу на масляной бане при 180-1900С до тех пор пока разбавленная водой проба при прибавлении раствора едкого натра не перестанет выделять анилин (3-4г).

Сернокислый анилин растворим в щёлоче: если реакция не закончилась, то из сернокислого анилина при этом выделяется свободный анилин, который из за плохой растворимости вызывает помутнение.

Охлаждённую реакционную смесь выливают, при помешивании, в стакан с не большим количеством холодной воды. Перекристаллизовывают кислоту из горячей воды (в случае надобности с применением активированного угля).

Выход сульфаниловой кислоты ~10г.

3. Техника безопасности

Соблюдать правила роботы и поведения в лаборатории

Соблюдать правила обращения со стеклянной посудой

При роботе с концентрированной серной кислотой соблюдать следующие меры предосторожности:

Разливать кислоту только через воронку под тягой

При разбавлении концентрированной серной кислотой вливать кислоту порциями в воду и слегка перемешивая

Для защиты лица следует применять очки и экраны из органического стекла

Не выливать в раковины остатки кислот, огнеопасных жидкостей. Сливать все эти вещества в специальные склянки помещённые в вытяжном шкафу.

Размещено на Allbest.ru