Разработка технологии синтеза нитрозамещенного азо-фенола

Размещено на http://www.Allbest.ru/

Каршинский государственный университет

Разработка технологии синтеза нитрозамещенного азофенола

Назиров З.Ш., ст. преподаватель

Республика Узбекистан

Nazirov Z.SH. Development of technology and synthesis derivative nitrosubstitution azo-phenol and its property

The technology of reception and synthesis derivative nitrosubstitution azophenol 4-nitrophenyl-azo-2',4'-dinitrophenol-r on reaction diazotization (SE) p-aniline with HCI +NaN02 is developed at temperature 0-5°C, and then with 2,4-dinitro-phenol.

Анализ мировых научных статей и патентных материалов показал, что синтез и технологии получения высокоэффективных малотоксичных красителей на основе производных азофенолов является предметом активного исследования фирм более 20 стран мира [1-4]. Наметилась мировая тенденция технологии синтеза производных селективных, высокоэффективных, малотоксичных красителей на основе замещенного азофенола. Среди патентуемых производных азофенолов преобладают разнообразные замещенные заместители структуры, причем предпочтение отдаётся соединениям, содержащим атомы разного местоположения нитрогрупп в бензольном кольце.

Разработанный нами метод получения 4-нитрофенил-азо-2',4'-динитрофенола-1' заключается во взаимодействии п-нитроанилина с 2,4-динитрофенолом в присутствии диазотирующей смеси (HCl+NaNО₂) по следующей схеме:

затем фильтровании и сушки при температуре 110⁰С.

География применения производных нитрозамещенных азофенолов очень широка. Поэтому поиск и синтез, а также технологии получения производных нитрозамещенных являются мировой актуальной задачей современной органической химии и технологии продуктов основного органического синтеза.

В процессе получения 4-нитрофенил-азо-2',4'-динитрофенола-Г газообразные и твердые отходы не образуются. В качестве жидкого отхода образуются водные слабые растворы NaCl, H2O.

Конечный готовый продукт 4-нитрофенил-азо-2',4'-динитрофенол-Г представляет собой светло-желтоватый порошок с температурой плавления 194-195°С, растворяется во многих органических растворителях - ацетоне, диэтилкетоне, ДМФА, ДМЭО, нитробензоле и других. В воде не растворим. Описание технологического процесса и схемы

Предполагаемый метод получения красителя керамических изделий АГМ-7 включает получение 4-нитрофенил-азо-2',4'-динитрофенола-1' взаимодействием 4-нитроанилина с 2,4-динитрофенолом в присутствии диазотирующей смеси 25%-ной соляной кислоты и азотнокислого натрия при охлаждении (0-5°С) в течение трех часов. Эта реакция, называемая азосочетанием, имеет большое практическое значение в промышленном производстве азокрасителей - красители на основе азофенола и его производных. По механизму эта реакция является электрофильным замещением (S_E) ароматического ядра фенола катионом диазония

Описание технологического процесса производства 4-нитрофенил-азо-2',4'-динитрофенола-Г. Технологическая схема производства 4-нитрофенил-азо-2',4'-динитро-фенола-Г приведена на рис. 1.

Рис. 1. Принципиальная технологическая схема производства 4-нитрофенил-азо-2',4'-динитрофенола-1': Е_ь Е₂, Е₃, Е₄ - емкости для 4-нитроанилина, НС1, NaN0₂, 2,4-динитрофенола; Н₅ - насос; Р₆ - реактор; Ф₇ - нутч-фильтр; Е₈ - емкость для отхода NaCl и Н₂0; Т₉ - барабанная сушилка; Дю - дробилка; Си - вибросито; Ei₂ - емкость для готового продукта

В реактор поз. Рб загружаются из ёмкости поз. Ei- Е₄ операционные количества п-нитроанилина, НС1, NaN02, 2,4-динитрофенола. Смесь перемешивают при температуре 0-5°С в течение трех часов. Выпавший порошок отфильтровывают в нутч-фильтре поз. Ф₇. Смесь Н₂0, NaCl собирают поз. Е₈. Конечный продукт реакции сушат в барабанной сушилке поз. Т9, далее направляют в дробилку поз. Дю и отсеивают на вибросите поз. Сц. Готовый продукт упаковывают в полиэтиленовые бочки вместимостью 10-200 дм³.

Математическое описание технологических процессов и аппаратов

Синтез 4-нитрофенил-азо-2',4'-динитрофенола-Г проводится в аппарате периодического действия. Продолжительность операции, т.е. время от начала загрузки исходных веществ предыдущей операции до начала загрузки исходных веществ последующей операции, является суммой продолжительности отдельных этапов. Эти операции следующие:

- подготовка сырья - загрузка водного раствора п-нитроанилина, НС1, NaN0₂+(Н₂0), 2,4-динитрофенола+(10% NaOH).........................т_ь

- перемешивание..................................................................т₂

- химическое превращение сырья, отвод тепла реакции...тз = т_п = т_р

- подготовка реакционной смеси к выделению продукта:

- осаждение реакционной массы.........................................т₄

- выгрузка реакционной массы............................................т₅

- сушка, дробилка и отсеивание..........................................т₆ f т_ш

- продолжительность операции...........................................т_оп

Продолжительность работы реакционного аппарата в ходе выполнения операции меньше общей продолжительности операции. Степень (коэффициент) использования реактора по прямому его назначению выражается отношением:

Ю = т_{ь /} т_оп=<1, где <1+ т_ь= т_ш.

Для реакционного пространства:

Ю = т_р/ т_оп= т_р/1+ т_р.

Образование 4-нитрофенил-азо-2',4'-динитрофенола-1' взаимодействием п-нитроанилина, НС1, NaNО₂ с 2,4-динитрофенолом в общем виде описывается уравнением:

малотоксичный краситель производный азофенол

или в условных обозначениях А + В + С --> Д, где А - п-нитроанилин; В - HCl+NaNCl; С - 2,4-нитрофенол, Д - 4-нитрофенил-азо-2',4'-динитрофенола-Г.

Скорость реакции образования 4-нитрофенил-азо-2',4'-динитрофенола-1 выражается уравнением:

V = K-[A]-[B]'[C] (1.1)

Из уравнения (1.1) видно, что скорость образования 4-нитрофенил-азо-2',4'-динитрофенола-Г прямо пропорциональна к концентрациям 4-нитроанилина, НС1, NaNО₂ и 2,4-динитрофенола.

4-нитрофенил-азо-2',4'-динитрофенола-Г получают по следующим стадиям: перемешивание, охлаждение (0-5°С), фильтрация, сушка, очистка, что занимает 3 часа.

Для доказательства строения полученного вещества, кроме элементного анализа, сняты ИК- и ПМР-спектры.

ИК-спектры сняты на приборе «Spekord-75» в таблетках КВг. ПМР-спектры сняты на спектрометре протонного магнитного резонанса «Irol С- 60 Н 1» с частотой 60 МГц.

В ИК-спектре имеются полосы поглощения в области 1310-1360 см"¹ (-NО₂), 1580 см¹(-N=N-), 3448 см^-1 (-ОН).

В ПМР-спектре протоны п-замещенного ароматического ядра резонируют в области 6,8-7,0 м.д. (Н_АН_А) и 8,31-8,6 м.д. (Н_ВН_В)

Краситель 4-нитрофенил-азо-2',4'-динитрофенола-Г использован для окрашивания полистирола, полипропилена и керамических изделий.

Изделия произведены на литьевой машине «Мономат-165». Подготовка композиции произведена по следующей методике: компонент загружают в смеситель и перемешивают в течение 10 минут, подготовленная композиция поступает на переработку.

Состав композиции, кг:

I. 1) полистирол общего назначения.................................................10,0

2) краситель 4-нитрофенил-азо-2',4'-динитрофенола-Г (АГМ-7)…0,003

II. 1) полипропилен............................................................................10,0

2) краситель 4-нитрофенил-азо-2',4'-динитрофенола-Г (АГМ-7)….0,003.

Условия изготовления деталей из пластмасс приведены в таблице 1.

Таблица 1

Изделия окрасились в светло-салатовый цвет.

Полученные изделия испытаны на миграцию красителя путем пятикратной протирки белой х/б тканью, смоченной теплой водой (30-40°С), уксусной кислотой.

Химическую стойкость изделий проверяли путем погружения изделий на 10 мин в нагретый до 60 ± 5°С с 1%-м раствором уксусной кислоты. При этом раствор остался бесцветным, прозрачным без осадка, а цвет изделий не изменился.

Затем изделие промыли холодной водой, вытерли насухо и погрузили на 20 мин в нагретый до 60 ± 5°С 2%-й мыльно-содовой раствор (сода питьевая -1%, мыло туалетное - 10%). Изделие при этом не набухало и не деформировалось, а раствор не окрашивался.

Впервые синтезированный краситель 4-нитрофенил-азо-2',4'-динитро-фенол-Г оказался более устойчивым к высокой температуре, полученные изделия окрасились в салатно-оранжевый цвет.

В результате ранее проведенных испытаний было выявлено, что предлагаемый новый краситель малотоксичен (LD₅o = 3966 мг/кг).

Литература

1. Lai-Bao-Kum, Song Derchin. Композиция активных красителей // Патент США, 617349 МПК⁷ С 09 В 67/24, заявл. 02.07.1999, НПК 8/549. Опубл. 09.01.2001.

2. Deutschland K.G., Dannlein Jorg. Новые фтортриазинсодержащие ярко-желтые красители, способ получения, применение для окрашивания гидрокси- и аминосодержащих материалов // Заявка 1992825 Германия, МПК С 09 В 62/085. Заявл. 19.05.1999; опубл. 23.11.2000.

Размещено на Allbest.ru