Електрофільне заміщення у бензольному кільці. Спосіб отримання етилбензолу Як відбувається отруєння
Не було вдома квітів, все хотіла купити, але грошей шкода було, а вчора привезли на роботу по 150руб квіти, я і купила, обрала 2, а третій (посередині) синочок вибирав! Драцена (праворуч) Екологія житла Драцена має підвищену здатність зволожувати повітря. У приміщенні, де вона є, зменшується вміст формальдегідів у повітрі. Вона також здатна поглинати та нейтралізувати бензол, толуол, етилбензол, ксилол, циклогексанон. Енергетика драцен Вважається, що драцена - символ влади, престижу, успіху. Воно здатне очищати енергетику будинку, особливо там, де живуть...
ВСЕ ПРО ЛІКУВАННЯ СОДОЙ (з однокласників)
Порада 1: ВСЕ ПРО ЛІКУВАННЯ СОДОЙ Області застосування 1. Профілактика та лікування раку. 2. Лікування алкоголізму. 3. Відвикання від куріння. 4. Лікування всіх видів наркоманій та токсикоманій. 5. Виведення з організму свинцю, кадмію, ртуті, талію, барію, вісмуту та інших важких металів. 6. Виведення радіоактивних ізотопів із організму, профілактика радіоактивного зараження організму. 7. Вилужування, розчинення всіх шкідливих відкладень у суглобах, у хребті; каменів у печінці та нирках, тобто. лікування радикулітів, остеохондрозів, поліартритів, подагри, ревматизму, сечокам'яної хвороби, жовчнокам'яної хвороби; розчинення каміння в...
Технологія спільного отримання стиролу та пропіленоксиду
Загальна технологічна схема спільного отримання стиролу та пропіленоксиду представлена на рис. 3. У цій технології окислення етилбензолу проводиться в тарілчастій колоні 1. При цьому як підігрітий етилбензол, так і повітря подаються вниз колони. Колона забезпечена змійовиками, розташованими на тарілках. Тепло відводиться водою, що подається в ці змійовики. Якщо для інтенсифікації процесу використовувати каталізатор, процес необхідно проводити в ряді послідовно з'єднаних барботажних реакторів, в які подають протитечією до повітря етилбензольну шихту (суміш свіжого і зворотного етилбензолу з каталізаторним розчином). При цьому продукти окислення проходять послідовно через реактори, кожен з яких подають повітря.
Парогазова суміш з верхньої частини реактора надходить у конденсатор 2, в якому конденсується головним чином віднесений етилбензол, а також домішки бензойної та мурашиної кислот. Після відділення конденсату від тазів він направляється в скрубер 4 хя нейтралізації кислот лугом. Після нейтралізації етилбензол повертається в реактор 1. Туди ж подається етилбензол з колони 10. Гази виводяться із системи. Оксидат з нижньої частини колони 1, що містить близько 10% гідропероксиду, направляють в колону ректифікації 3 для концентрування. Концентрування гідропероксиду проводять за глибокого вакууму. Незважаючи на великі витрати енергії, цей процес краще проводити на установці подвійної ректифікації. При цьому на першій колоні відганяється частина етилбензолу при нижчому вакуумі, а в другій колоні при глибшому вакуумі відганяється решта етилбензолу з домішками. Дистилят цієї колони повертається в першу колону, а в кубі виходить концентрований (до 90%) гідропероксид, який прямує на епоксидування. Попередньо оксидат охолоджується в теплообміннику вихідним 5 етилбензолом.
Мал. 4. Технологічна схема спільного отримання стиролу та оксиду пропілену; 1 – колона окислення; 2 – конденсатор; 3,7-10,18 – ректифікаційні колони; 4 - скрубер лужного очищення; 5,12,14 – теплообмінники; 6 - колона епоксидування; 11 - випарник змішування; 13,15 - реактори дегідратації; 16 – холодильник; 17 - флорентійська судина; I – повітря; II – етилбензол; III-пропілен; IV – розчин лугу; V – гази; VI - каталізаторний розчин; VII-оксид пропілену; VIII – смоли; IX – водний шар; X – стирол; XI – на дегідрування; XII-пар
У колоні 3 відганяється етилбензол з домішками кислот, тому верхній продукт також направляється в скрубер 4. З куба колони 3 сконцентрований гідропероксид надходить в колону епоксидування 6. (Епоксидування можна проводити в каскаді реакторів.) У нижню частину колони подається каталі - заторний розчин з куба колони 9. Туди ж проводиться підживлення свіжим каталізатором. Свіжий та зворотний (з колони 7) пропілен також подається в нижню частину колони. Продукти реакції разом з каталізаторним розчином виводять з верхньої частини колони і направляють в колону ректифікації 7 для відгону пропілену. Гази виводять із верхньої частини колони та із системи для утилізації або спалювання. Кубовий продукт колони 7 надходить у колону ректифікації 8 для виділення в якості дистиляту продуктового оксиду пропілену. Кубова рідина колони # надходить у колону 9 відділення продуктів синтезу від каталізаторного розчину.
Каталізаторний розчин з куба колони повертається в колону епоксидування 6, а верхній продукт надходить в колону ректифікації Юлля відділення етилбензолу від метилфенілкарбінолу і ацетофенону. Суміш метилфенілкарбінолу (МФК) та ацетофенону подається у випарник 11, в якому за допомогою перегрітої пари випаровуються та відокремлюються від смол метилфенілкарбінол та ацетофенон. Суміш парів, перегріта до 300 °З, надходить у реактор 13 для дегідратації метилфенілкарбінолу. У цьому реакторі частково відбувається дегідратація. Так як реакція дегідратації є ендотермічної, то перш ніж продукти дегідратації надходять до іншого реактора (реактор 15), продукти дегідратації перегріваються в теплообміннику 14.
Конверсія метилфенілкарбінолу після двох реакторів досягає 90%. Продукти дегідратації охолоджуються водою в холодильнику 76 і надходять у флорентійський посудину 17, в якому органічний шар відокремлюється від водного. Верхній вуглеводневий шар надходить у колону ректифікації 18 для відділення стиролу від ацетофенону. Ацетофенон потім гідрується на окремій установці метилфенілкарбінол, який надходить у відділення дегідратації.
Селективність процесу по оксиду пропілену становить 95-97%, а вихід стиролу досягає 90% по етилбензолу. При цьому з 1 т пропіленоксиду виходить 2,6-2,7 т стиролу.
Таким чином, розглянута технологія представляє складну систему, що включає безліч рециклів за етилбензолом, пропіленом і каталізатором. Ці рецикли призводять, з одного боку, до збільшення витрат енергії, а з іншого, дозволяють вести процес у безпечних умовах (при низькій концентрації гідропероксиду - 10-13%) і досягати повної конверсії реагентів: етилбензолу та пропілену.
Отже, даний процеснеобхідно оптимізувати. У запропонованій технологічній схемі досить повно використовується тепло реакцій та потоків. Однак замість холодильника 16 краще використовувати котел утилізатор, в якому можна отримувати пар низького тиску. Для цього в котел-утилізатор необхідно подавати водний конденсат, з якого виходитиме пара. Крім того, слід передбачити повніше використання газів і смоли, що відходять, лужного розчину солей зі скруберу 4, а також доочищення водного шару флорентійської судини. Найбільш суттєвим удосконаленням технологічної схеми може бути заміна реакторів дегідратації на колону, в якій можна організувати суміщений реакційно-ректифікаційний процес. Цей процес протікає на іонообмінному каталізаторі в парорідинному варіанті, тобто при температурі кипіння сумішей, що проходять через колону, і може бути представлений схемою (рис. 5).
Мал. 5.
У такому варіанті процесу конверсія і селективність можуть досягати 100%, так як процес протікає при низьких температурах і малому часі перебування продуктів синтезу в реакторі. гетероазеотропу з водою (температура кипіння нижче 100 °С), що дозволяє виключити його термополімеризацію.
1-4 - колони ректифікації; I – вуглеводневий конденсат; II -етилбензол на рециркуляцію реакторну підсистему; III – бензол-толуольна фракція; IV – стирол; V – смоли.
У колоні ректифікації 1 відокремлюється основна кількість етилбензолу разом з бензолом та толуолом.
У колоні 3 як дистилят відганяється весь етилбензол і частина стиролу. Ця фракція повертається як харчування до колони. 1. Таким чином, колони 1-3 працюють як триколонний комплекс.
Остаточне очищення стиролу від смол здійснюється в колоні 4 (часто при цьому використовують дистиляційний куб). Усі колони, у яких є стирол, працюють при глибокому вакуумі, щоб температура в кубі не перевищувала 100 °С.
Розглянемо деякі особливості наведеної технологічної схеми поділу. У такій схемі виробництва зазвичай використовується варіант, у якому першому етапі здійснюється другий заданий поділ. А саме в першій колоні відганяються разом з етилбензолом бензол і толуол, а потім від етилбензолу відганяються легколеткі компоненти. З погляду витрат енергії цей варіант менш вигідний. Разом з тим, враховуючи реакційну здатність стиролу (висока активність і здатність до термополімеризації), цей варіант є кращим. Тим більше, якщо взяти до уваги невеликий вміст бензолу та толуолу у реакційній суміші.
Враховуючи високу реакційну здатність стиролу, для поділу пари «етилбензол-стирол» зазвичай використовується «подвійна ректифікація», що дозволяє знизити гідравлічний опір колон ректифікації, а отже, і температуру в кубах, яка повинна бути не вище 100 °С (при необхідному вакуумі). Саме за цієї температури починається термополімеризація стиролу.
У випадку будь-яка «подвійна ректифікація» є неприйнятною як у енергетичному відношенні, і по капітальним затратам. Використання такого варіанту є вимушеним заходом. В даному випадку можливі два варіанти подвійної ректифікації (рис. 3.4, а,б).
Технологічне оформлення подвійної ректифікації:
а- варіант I; б- Варіант II; 1-2 – колони ректифікації; I – суміш етилбензолу та стиролу; II - стирол та полімери; III – етилбензол.
У першому варіанті в першій колоні поряд з повною відгін етилбензолу (або легколетючого компонента для будь-якої іншої системи) відганяється частина стиролу. При цьому співвідношення між етилбензолом і стиролом у дистиляті першої колони вибирається таким, щоб кубова рідина колони 2 за своїм складом приблизно відповідала складу вихідної суміші колони 1.
У другому варіанті у колоні 1 відганяється чистий етилбензол. У кубі цієї колони залишається така кількість етилбензолу, яка дозволяє при допустимому вакуумі підтримувати температуру трохи більше 100 про З.
У колоні 2 в якості дистиляту відганяється етилбензол, що залишився разом зі стиролом, кількість якого визначається співвідношенням етилбензолу і стиролу у вихідній суміші першої колони.
У разі поділу етилбензолу та стиролу перевага може бути віддана першому варіанту «подвійної ректифікації», в якому в колоні 2 нагрівається тільки частина стиролу, тоді як у другому варіанті весь стирол піддається нагріванню в кубах обох колон, а це навіть при вакуумі призводить до його втрат за рахунок термополімеризації. Щоправда, велика різниця в енерговитратах може окупити втрати стиролу, але для цього потрібно більш детальне порівняння.
Для вирішення завдання поділу пари «етилбензол - стирол» може бути запропонований варіант з однією колоною, заповненою насадкою з малим гідравлічним опором. В цьому випадку, враховуючи великі потоки флегми, будуть різні кількостіпотоків рідини та пари по висоті колони. Отже, для стійкої роботи колони насадки необхідні різні діаметри верхньої і нижньої частин колони. Така колона дозволяє розділити цю пару компонентів за температури в кубі колони не вище 100 °С.
Насадкова колона з укріплюючою та вичерпною частинами різного діаметру:
I – суміш етилбензолу та стиролу; II – стирол та полімери; ІІІ – етилбензол.
Принципи технології отримання стиролу дегідруванням етилбензолу.
· Технологія виробництва стиролу дегідрування етилбензолу відноситься до одностадійних хімічних процесів.
· В якості вихідної сировини використовується доступний етилбензол, що отримується алкілуванням бензолу олефінами.
· Технічні рішення, що застосовуються в промисловості, з введенням пари між двома-трьома шарами каталізатора, використання вбудованих в реактор теплообмінних пристроїв, а також
· Ефективна каталітична система дозволяють при досить високій селективності близько 90% досягти конверсії етилбензолу за один прохід на рівні 60-75%.
· Рециркуляційний потік бензолу, що зв'язує розділову та реакторну підсистеми технології, забезпечують повну конверсію вихідної сировини.
Зниження енерговитратна процес дегідрування може досягатися не тільки за рахунок ефективного теплообміну між вхідними та вихідними потоками, але й за рахунок використання замість водяної пари(енергоносій та розріджувач) інертного газу. У цьому випадку тепло має підводитися між шарами каталізатора за допомогою вбудованих теплообмінників. Заміна пари на інертний газ (азот, 2) дозволяє уникнути багаторазового випаровування і конденсації води, що володіє високою прихованою теплотою випаровування. У цьому випадку також знижуються витрати на очищення водного конденсату, забрудненого ароматичними сполуками, і в цілому зменшиться споживання води виробництвом.
Важливий складовоютехнології виступає підсистема поділу. У разі, як зазначено раніше, істотним чинником, впливає на сумарні показники технології, є режими ректифікаційного поділу. Вони повинні забезпечувати умови, за яких відсутня термополімеризація стиролу. Енергетично найбільш доцільно застосовувати замість подвійної ректифікації одну колонку насадки з низьким гідравлічним опором, або схему з комплексів гетероазеотропної ректифікації.
Зрештою, гетерогенно-каталітичний характер процесудозволяє досить легко створювати апарати та технологічні лінії великої одиничної потужності.
Характеристика кубових залишків ректифікації стиролу та шляхи їх переробки.
p align="justify"> Нафтохімічні процеси є найбільш складними з хімічних виробництв, так як отримання багатьох мономерів пов'язане з утворенням великої кількості вторинних і побічних продуктів, відходів. Економічна ефективність виробництва багато в чому залежить від способів утилізації відходів.
Для цього в даний час застосовують в основному два методи - паливний та хімічний. Перевага другого методу безперечна, тому що при цьому раціонально вирішується питання сировинних ресурсів, оскільки багато відходів виробництва містять ряд цінних мономерів і органічних сполук. Спалювання, навпаки, викликає забруднення атмосфери, корозію апаратури, губляться в величезних кількостяхвторинні матеріальні ресурси.
При виділенні та очищенні стиролу в процесі ректифікації накопичуються кубові залишки, утилізація яких є надзвичайно важливою. До складу їх входить велика кількість різних органічних сполук, у тому числі мономерний стирол, повне вилучення якого на ректифікаційних колонах не досягається.
Залежно від умов фракціонування пічної олії вміст стиролу в кубовому залишку ректифікації може змінюватися від 10 до 50%,а полістиролу - 15-70 %.
Впровадження в Останніми рокамивисокоефективних інгібіторів термічної полімеризації стиролу в процесі його одержання дозволило значно знизити кількість залишкового стиролу та полістиролу в КОРС. Це призвело до того, що синтез плівкоутворюючого став мало перспективним і основним способом утилізації КОРС, стало використання його як добавка до котельного палива. Питанням утилізації КОРС займаються не один десяток років, але досі залишається актуальним.
Кубові залишки ректифікації стиролу за складом можна умовно уявити трьома групами речовин.
Мономери,
Полімери та
Продукти органічного синтезу.
В результаті досліджень було ідентифіковано близько 95% речовин, що входять до складу КОРС.
Залежно від способів отримання стиролу, режиму роботи реактора, терміну служби каталізатора, режиму роботи колон ректифікації, застосовуваної інгібуючої системи та часу перебування у відгінних апаратах, склад КОРС змінюється досить в широких межах.
До основних компонентів, що входять до складу КОРС, що утворюються при виробництві стиролу дегідруванням етилбензолу, відносяться: стирол, метилстирол, етилбензол, полістирол, дивінілбензол, нафталін, дифеніл, неідентифіковані «легкі» речовини, висококиплячий «важкий» залишок та ін.
Виходячи з компонентів складу КОРС можна запропонувати такі шляхи його переробки:
1) поділ КОРС на фракціїз їх подальшим повним чи частковим використанням.
2) виділення полімерної частини з КОРСпов'язано, в основному, з метою використання полімеру стиролу в якості основи для отримання плівкоутворювальних композицій.
Виділення полімеру пропонувалося двома методами: відгоном легколетких компонентів та екстракцією. Необхідно відмітити, що молекулярна масаполістиролу в кубових залишках змінюється у досить широких межах від 1000 до 110000, тому спроби виділення та використання полістиролу становлять значні труднощі.
3) пряма утилізація КОРСз одержанням цінного продукту для подальшого його застосування.
Пряма утилізація КОРС - цим шляхом розглядаються два напрями:
Використання КОРС як пластифікатор і
Для отримання плівкоутворювальних матеріалів.
Ряд робіт спрямований на використання КОРС у дорожньому будівництві як компонента асфальтобітумних покриттів, що покращує адгезію до гравію та зчеплення з ґрунтом. Проте, це використанняКОРС безперспективно. Це насамперед пов'язані з його токсичністю. Мономірний стирол присутній у КОРС у значно більших кількостях, ніж допустимо санітарними нормами. Тому більшість досліджень мали на меті утилізувати КОРС таким чином, щоб зменшити вміст мономерного стиролу в отриманому продукті за допомогою полімеризації.
4) нейтралізація КОРС, Як правило, спалювання у вигляді розчину - рідке паливо.
Процес нейтралізації КОРС визначається його токсичністю - в основному залишковим стиролом, що міститься в ньому, а також присутністю дуже токсичного і небезпечного для здоров'я людини продукту канцерогену - 3,4-бенз(а)пірена (до 3000 мг/кг). Класичний спосіб нейтралізації - спалювання КОРС у спеціальних печах утруднений тим, що вміст полімеру у ньому змінюється. В результаті утворюється при спалюванні велика кількість сажі, що містить до 120 000 мкг/кг 3,4-бенз(а)пірена. При спалюванні КОРС, що містить як інгібітор сірку, утворюється велика кількість діоксиду сірки, що також вимагає уловлювання або нейтралізації.
5) Більш технологічним є спалювання КОРС у розчині толуолуабо іншого розчинника, наприклад, поліалкілбензольних смол. Цей спосіб використовується більшістю заводів, виробників стиролу.
На ВАТ «Ангарскнафтооргсинтез» наприклад, КОРС застосовувався як паливо при спалюванні хімічно забруднених вод у термічних печах у суміші з кам'яновугільним топковим мазутом, на ВАТ «Нижньокамськнафтохім» здійснено запуск та освоєння потужності установки утилізації рідких відходів.
а) Галогенування. Реакції електрофільного заміщення відбуваються у присутності каталізаторів – хлоридів чи бромідів алюмінію чи заліза.
При галогенуванні гомологів бензолу зазвичай утворюється суміш ізомерів, т.к. алкільні заступники – орієнтанти І роду. У випадку процес показаний на схемі:
б ) Нітрування. Бензол та його гомологи досить легко утворюють нітропохідні, якщо використовується не чиста азотна кислотаа так звана нітруюча суміш - концентровані HNO 3 і H 2 SO 4:
нітробензол
тринітротолуол
в) Алкілювання.Як уже згадувалося вище, алкілування за Фріделем-Крафтсом є одним з основних лабораторних способів отримання гомологів бензолу:
У промисловості широко використовується алкілування алкенами. Роль каталізатора у разі грає іон водню Н+. Інших продуктів, окрім гомологів бензолу, не утворюється. При алкілюванні етеном (етиленом) виходить етилбензол, а у разі пропену (пропілену) утворюється ізопропілбензол (кумол)
2 . Каталітичне гідруваннябензолу та його гомологів відбувається при підвищеному тиску з використанням каталізаторів (Ni, Pt). При цьому бензол гідрується до циклогексану, а, наприклад, метилбензол (толуол) – до метилциклогексану.
C 6 H 5 CH 3 + 3H 2 C 6 H 11 CH 3
3. Радикальні реакціїпротікають при взаємодії пар аренів у жорстких умовах (УФ-випромінювання або температури близько 500 про С). Слід зазначити, що бензол його гомологи реагують по-різному.
У разі бензолу реалізується радикальне приєднання
При радикальному хлоруванні толуолу послідовно заміщатимуться атоми водню за механізмом радикального заміщення.
4. Окислення. Окислення найхарактерніше для гомологів бензолу. Якщо гомолог мав лише один бічний ланцюг, органічним продуктом окислення буде бензойна кислота. При цьому довжина та будова ланцюга значення не мають. При окисленні перманганатом калію в кислому середовищі гомологів, що йдуть за толуолом, крім бензойної кислоти утворюється вугільна кислота.
Деякі властивості стиролу.
Як уже було сказано вище, стирол не відноситься до арен, так як має подвійний зв'язок, та основним типом хімічні реакціїдля нього будуть реакції приєднання, окиснення та полімеризації.
Так стирол легко реагує з бромною водою, знебарвлюючи її, що є якісною реакцією на подвійний зв'язок:
За тією ж схемою відбувається гідрування стиролу на нікелевому каталізаторі:
Окислення стиролу здійснюється холодним водним розчином перманганату калію, продуктом окислення буде ароматичний двоатомний спирт:
При окисленні гарячим розчином перманганату калію у присутності сірчаної кислоти утворюватиметься бензойна кислота та вуглекислий газ.
Важливою реакцією, що має велике практичне значення, є реакція полімеризації стиролу:
Вінільна група є орієнтантом I роду, тому подальше каталітичне заміщення (наприклад, галогеналканами) піде в орто- і пара-положення.
7.3.Приклади розв'язання задач
Приклад 21.Щільність по озону газової суміші, що складається з парів бензолу та водню, дорівнює 0,2. Після пропускання через контактний апарат для синтезу циклогексану величина цієї відносної густини склала 0,25. Визначити об'ємну частку парів циклогексану в кінцевій суміші та практичний вихід циклогексану.
Рішення:
1)Знайдемо молярну масувихідної суміші:
М см = D(O 3)∙M (O 3) = 0.2∙ 48=9.6 г/моль.
2) Молярна маса кінцевої суміші дорівнює 0,25 ∙ 48=12 г/моль.
3) Знайдемо молярне співвідношення компонентів у вихідній суміші
М см = φ∙М(бенз.) + М(водор.) ∙(1-φ), де φ-молярна (об'ємна) частка бензолу
9,6 = 78? + 2 (1 -?); 7,6 = 76φ; ? =0,1.
Отже, об'ємна частка водню дорівнює 0,9.
Отже, водень – надміру, розрахунок ведемо по бензолу.
4) Нехай кількість вихідної суміші дорівнює 1 моль.
Тоді n(C 6 H 6) = 0.1 моль, n(H 2) = 0,9 моль,
а маса вихідної суміші m см = 19,6 = 9,6г.
Позначимо кількість бензолу, що прореагував, -z(моль) і
складемо кількісний баланс цієї реакції.
З 6 Н 6 + 3Н 2 = З 6 Н 12
Було 0,1 0,9 0
Прореагувало z 3 z
Запишемо ці дані для зручності у вигляді таблиці:
5) Знайдемо загальну кількість речовин у кінцевій реакційній суміші:
n(Кін) = 0,1 - z + 0,9 - 3z + z = 1 - 3 z .
Оскільки загальна маса речовин у контактному апараті не змінилася,
то n (Кін) = m см / М (Кінець) = 9,6/12 = 0,8 моль.
6) Тоді 1 - 3z = 0,8; 3 z = 0,2; z = 0,067.
У такому разі об'ємна частка циклогексану дорівнює 0,067/0,8 = 0,084.
7) Теоретична кількість циклогексану становить 0,1 моль; кількість циклогексану, що утворився 0,067 моль. Практичний вихід
η =0,067/0,1= 0,67 (67,0%).
Відповідь: φ(циклогексану) = 0,084. η =0,067/0,1= 0,67 (67,0%).
Приклад 22. На нейтралізацію суміші ароматичних кислот, отриманих окисленням суміші етилбензолу та його ізомерів, потрібно об'єм розчину гідроксиду натрію в п'ять разів менший, ніж мінімальний об'єм такого ж розчину, необхідного для поглинання всього Вуглекислий газотриманого при спалюванні тієї ж порції суміші ізомерів. Визначити масову частку етилбензолу у вихідній суміші.
Рішення:
1) Етилбензол - С6Н5С2Н5. М = 106 г/моль; його ізомерами є диметилбензоли, що мають однакову молекулярну формулуЗ 6 Н 4 (СН 3) 2 ту ж молярну масу, що і етилбензол.
Нехай кількість етилбензолу дорівнює х(моль), а кількість суміші диметилбензолу – y(моль).
2) Напишемо рівняння реакцій окислення етилбензолу та його ізомерів:
5C 6 H 5 C 2 H 5 + 12KMnO 4 + 18H 2 SO 4 5C 6 H 5 COOH + 5CO 2 +
5C 6 H 4 (CH 3) 2 + 12KMnO 4 + 18H 2 SO 4 5C 6 H 4 (COOH) 2 +
12MnSO 4 + 6K 2 SO 4 + 28H 2 O
Очевидно, що кількості бензойної кислоти та суміші фталевих кислот теж рівні x та y відповідно.
3) Рівняння нейтралізації одержаних органічних кислот:
З 6 Н 5 СООН + NaOH = З 6 Н 5 СООН Na + H 2 O
З 6 Н 4 (СООН) 2 + 2NaOH = С 6 Н 4 (СООН) 2 + 2 H 2 O
З цих рівнянь випливає, що загальна кількість лугу, що пішла на
нейтралізацію суміші кислот n(заг) = x + 2 y
4) Розглянемо рівняння спалювання вуглеводнів, враховуючи, що вони
мають молекулярну формулу 8 Н 10 .
З 6 Н 5 З 2 Н 5 + 10,5 Про 2 8 СО 2 + 5H 2 O
З 6 Н 4 (СН 3) 2 + 10,5 Про 2 8 СО 2 + 5H 2 O
5) З цих рівнянь випливає, що загальна кількість вуглекислого газу після спалювання вихідної суміші арен дорівнює n(СО 2) = 8x + 8y
6) Оскільки потрібно витратити мінімальну кількість лугу, то нейтралізація протікає з утворенням кислої солі:
NaOH + СО 2 = NaHCO 3
Таким чином, кількість лугу на нейтралізацію СО 2 теж дорівнює
8x+8y. У такому разі 8x + 8y = 5(x + 2y); y = 1,5x. x = 2/3y 7) Розрахунок масової частки етилбензолу
ω(етилбензолу) = m(етилбензолу)/m(заг) = 106x/(106x +106y) =
1/ (1 +1,5) = 0,4 .
Відповідь: ω (етилбензолу) = 0,4 = 40%.
Приклад 23.Суміш толуолу та стиролу спалили у надлишку повітря. При пропущенні продуктів згоряння через надлишок вапняної води утворилося 220 г осаду. Знайдіть масові частки компонентів вихідної суміші, якщо відомо, що вона може приєднати
2,24 л HBr (н. у.).
Рішення:
1) З бромоводнем реагує лише стирол у співвідношенні 1:1.
C 8 H 8 + HBr = C 8 H 9 Br
2) Кількість речовини бромоводню
n(HBr) = n (C8H8) = 2,24/22,4 = 0,1моль.
3) Запишемо рівняння реакції згоряння стиролу:
C 8 H 8 + 10 Про 2 8 СО 2 + 4H 2 O
Відповідно до рівняння реакції при згорянні 0,1 моль стиролу утворюється 0,8 моль вуглекислого газу.
4) Вуглекислий газ реагує з надлишком гідроксиду кальцію теж у
мольному співвідношенні 1:1 з утворенням осаду карбонату кальцію:
Ca(OH) 2 + СО 2 = CaCO 3
5) Загальна кількість карбонату кальцію дорівнює
n(CaCO 3) = m(CaCO 3)/M(CaCO 3) = 220/100 = 2,2моль.
Значить, при згорянні вуглеводнів утворилося також 2,2моль 2 ,
яких 0,8моль дає при згорянні стирол.
Тоді частку толуолу припадає 2,2 - 0,8 = 1,4 моль СО 2 .
6) Рівняння згоряння толуолу:
C 7 H 8 + 9 Про 2 7СО 2 + 4H 2 O
Кількість толуолу в 7 разів менша, ніж кількість вуглекислого газу:
n(толуол) = 1,4/7 = 0,2 моль.
7) Маса стиролу m(прання) = n(прання)∙M(прання) = 0,1∙104 =10,4(г);
маса толуолу m(тол) = n(тол)∙M(тол) =0,2∙92 = 18,4(г).
8) Загальна маса суміші вуглеводнів 10,4 + 18,4 = 28,8 (г).
масова часткастиролу: ω =10,4/ 28,8 = 0,361;
масова частка толуолу = 0,639.
Відповідь: ω(стирол) = 0,361 = 36,1%; ω(толуол)=0,639=63,9%.
7.4. Завдання та вправи для самостійного вирішення
189 . Зобразіть графічні формули всіх ізомерів аренів із загальною формулою С9Н12. Назвіть ці сполуки.
190 . Отримайте а) з метану мета-нітротолуол, б) з етану стирол, в) з н-гептану бензиловий спирт, використовуючи будь-які неорганічні речовинита каталізатори
191. Ідентифікуйте такі сполуки: а) бензол, стирол, толуол; б) гексен, циклогексан, толуол; в) етилбензол, стирол, фенол.
192. Здійсніть ланцюжок перетворень:
кокс HCl Cакт CH3 ClCl2.
а) CaCO 3 A B C D E
1000 o 500 o FeCl 3 УФ
NaOH C 2 H 4 Br 2 KOH KMnO 4
б) бензоат натрію A B C D E
сплавл. Н + УФ спирт H 2 O
t KMnO 4 C 2 H 5 Cl Cl 2 KOH
в) н-гептан A B C D E
Cr 2 O 3 Н + AlCl 3 УФ H 2 O
193 . Вуглеводень 9 Н 12 прореагував з бромом при нагріванні. В результаті було отримано з'єднання складу 9 Н 5 Br 7 . Напишіть структурні формули всіх вуглеводнів, які б дати такий результат. Відповідь обґрунтуйте.
194. Зобразіть структурну формулу найближчого гомолога стиролу, що має цис- та транс-ізомери. Вкажіть типи гібридизації атомів вуглецю у цій сполукі.
195. У яких із перелічених речовин усі атоми вуглецю мають sp 2 – гібридизацію: толуол, бутадієн 1,3, циклогексан, етилбензол, стирол, бензол?
196. З етанолу отримайте етилбензол, не використовуючи інших органічних реагентів. Можна використовувати будь-які неорганічні речовини та каталізатори.
197. Наведіть послідовність реакцій, за допомогою яких можна з кумолу отримати ізофталеву кислоту (1,3-бензолдикарбонову кислоту).
198. а) Скільки ізомерів має арен, молекула якого містить 58 протонів. Зобразіть та назвіть ці ізомери.
б)Чи має ізомери арен, у молекулі якого міститься 50 електронів? Відповідь обґрунтуйте
199. При циклотримеризації ацетилену при 500 про З утворилася газова суміш із щільністю повітрям 2,24. Розрахуйте практичний вихід бензолу.
200. В результаті циклотримеризації ацетилену при 500 про С та тиск 1013 кПа, після охолодження було отримано 177,27 мл рідини з щільністю 0,88 г/мл. Визначте обсяг витраченого ацетилену за умов синтезу, якщо практичний вихід становить 60%.
201 . При каталітичній дегідроциклізації 80 г н-гептану виділилося
67,2 л водню (н.у.). Розрахуйте практичний вихід одержаного продукту.
202. Вуглеводень знебарвлює бромну воду, при дії підкисленого розчину KMnO 4 утворює бензойну кислоту з виділенням діоксиду вуглецю, При обробці надлишком аміачного розчину оксиду срібла спостерігається виділення білого осаду. За кімнатної температури вихідний вуглеводень – рідкий, а масова частка водню у ньому - 6,9%. Визначте вуглеводень.
203. Суміш бензолу та циклогексену з молярною часткою бензолу 80% знебарвлює 200 г 16%-го розчину брому в тетрахлорметані. Яка маса води утворюється при згоранні в кисні тієї ж маси суміші?
204. При реакції нітрування бензолу надлишком нітруючої суміші отримано 24,6г нітробензолу. Який обсяг бензолу (щільність 0,88 г/мл) вступив у реакцію?
205 . При нітруванні одного з арен масою 31,8 г утворилося тільки одне нітропохідне масою 45,3 г. Визначте формулу арена та продукту нітрування.
206 . Суміш бензолу та циклогексану масою 5 г прореагувала з бромом (в темряві та без нагрівання) у присутності броміду заліза (III). Об'єм бромоводню, що виділився, склав 1,12л (н. у.). Визначте склад суміші у масових частках.
207. Розрахуйте масу бромбензолу, яка вийде при взаємодії 62,4г бензолу з 51,61мл брому із щільністю 3,1г/мл у присутності броміду заліза(III), якщо вихід становить 90% від теоретичного.
208 . При каталітичному бромуванні 50 мл толуолу (щільність 0,867 г/мл) з виходом 75% була отримана суміш двох монобромпохідних і газ, який пропустили через 70 г 40%-го розчину бутену-1 в бензолі. знайдіть масові частки речовин в отриманому розчині.
209. В результаті бромування 46 г толуолу на світлі була отримана суміш моно-і дибромпохідних. Об'єм газу, що виділився, склав 17,92 л (н.у.) Який об'єм 10%-го розчину карбонату натрію
(щільність 1,1г/мл) прореагував з газом, що виділився, якщо в отриманому розчині молярні концентрації кислої солі і бромоводню рівні.
210. Газ, що виділився при отриманні бромбензолу з 44,34мл бензолу(щільність 0,88г/мл), прореагував з 8,96л(н.у.) ізобутилену. Вихід бромбензолу становив 80% теоретичного, а реакція з ізобутиленом пройшла зі 100% виходом. Які сполуки утворилися у своїй? Розрахуйте їхню масу.
211. Який обсяг 10% розчину гідроксиду натрію з щільністю 1,1 г/мл буде потрібно для нейтралізації газу, що виділився при отриманні бромбензолу з 31,2 г бензолу?
212 . При спалюванні 5,2г деякого вуглеводню у надлишку кисню утворюється 8,96л вуглекислого газу (н.у.). Визначте істинну формулу речовини, якщо відносна щільність її пари гелію дорівнює 26.
213 . Суміш стиролу та етилциклогексану, здатну прореагувати з 4,48л хлороводню (н.у.) спалили. При цьому утворилося 134,4 г суміші води та вуглекислого газу. Знайдіть обсяг кисню, необхідний спалювання цієї ж порції суміші.
214 . Маса суміші толуолу та стиролу в 29, 23 рази більше, ніж маса водню, необхідного для повного каталітичного гідрування вихідної суміші. Знайдіть кількісне співвідношення компонентів суміші.
215 . Суміш бензолу, толуолу та етилбензолу масою 13,45 г окислили перманганатом калію в кислотному середовищі. При цьому утворилося 12.2 г бензойної кислоти та 1,12 л (н.у.) вуглекислого газу. Знайдіть масові частки вуглеводнів у вихідній суміші.
216. При спалюванні 23,7 г суміші бензолу та етилбензолу обсяг витраченого кисню виявився в 1,2917 разів більше сумарного обсягу вуглекислого газу. Визначте масові частки речовин у вихідній суміші, а також масу осаду, що утворюється під час пропускання продуктів горіння через надлишок розчину вапняної води.
217. При окисненні 26,5 г 1,4-диметилбензолу гарячим нейтральним розчином перманганату калію випало 66,55 г осаду. Визначте яка частина вихідної речовини окислилася.
218. Етилбензол, масою 42,4 г, обробили спочатку надлишком підкисленого розчину перманганату калію, а потім ще більшим надлишком розчину КОН. Потім воду випарили, а сухий залишок прожарили. Після конденсації парів отримали 26,59 мл безбарвної рідини із щільністю 0,88 г/мл. Визначте практичний вихід продукту.
219. Суміш стиролу і диметилциклогексану, здатну знебарвити 320 г 5% бромної води спалили на повітрі. При цьому утворилося 67,2 г суміші води та діоксиду вуглецю. Розрахуйте обсяг повітря, витраченого спалювання, якщо об'ємна частка кисню 20%.
220. В одному з арен масова частка нейтронів становить 54,717%. Визначте арен, зобразіть та назвіть його ізомери.
221. Визначте справжню формулу вуглеводню, якщо маса однієї молекули становить 17,276 . 10 -23 г, а масова частка водню дорівнює 7,69%.
222. Відносна густина парів вуглеводню по неону дорівнює 6. Відомо, що вуглеводень не реагує з бромною водою, окислюється підкисленим розчином перманганату калію до терефталевої (1,4-бензолдикарбонової) кислоти, а число атомів вуглецю становить 75% від кількості атомів. Визначте вуглеводень.
223. Яка маса толуолу знадобиться для отримання 113,5 г тринітротолуолу, якщо вихід продукту становить 82% від теоретичного?
224. Який об'єм бензолу (щільність 0,88 г/мл) можна одержати з 33,6 л(н.у.) ацетилену?
225. Для отримання ізопропілбензолу взяли 70,0 мл 2-бромпропану з щільністю 1,314 г/мл і 39 г бензолу. Обсяг отриманого ізопропілбензолу дорівнював 55,5мл(щільність 0,862г/мл). Обчисліть вихід ізопропілбензолу.
Розділ 8. СПИРТИ
Спирти-це гідроксипохідні вуглеводнів, в яких група-ОН безпосередньо не пов'язана з атомами вуглецю ароматичного кільця.
За кількістю гідроксильних груп розрізняються спирти одноатомні та багатоатомні.
(двохатомні, тритомні та з більшим числомгідроксильних груп). За характером вуглеводневого радикала розрізняють насичені спирти, ненасичені, циклічні, ароматичні. Спирти, у яких гідроксильна група знаходиться у первинного атома вуглецю, називаються первинними, у вторинного атома вуглецю – вторинними, у третинного атома вуглецю – третинними.
Наприклад:
бутанол-1 бутанол-2 2- метил-пропанол-2
(первинний) (вторинний) (третинний)
алліловий спирт етиленгліколь гліцерин
(Ненасичений спирт) (двохатомний спирт) (трихатомний спирт)
циклопентанол бензиловий спирт
(циклічний спирт) (ароматичний спирт)
8.1. Одержання спиртів
1. Гідратація алкенів у кислому середовищі:
R 1 −CH=CH−R 2 + H 2 O(H +) R 1 −CH 2 −CH(OH) −R 2
Наприклад:
CH 2 =CH 2 + H 2 O(H +) CH 3 - CH 2 (OH)
2. Гідроліз алкілгалогенідів у кислому чи лужному середовищі:
CH 3 −CH 2 −CH 2 −Br +NaOH(H 2 O) CH 3 −CH 2 −CH 2 −OH +NaBr
3. Гідроліз складних ефірів:
а) у кислому середовищі
CH 3 COOC 2 H 5 + H 2 O(H +) = CH 3 COOH + C 2 H 5 OH
б) лужний гідроліз (омилення)
CH 3 COOC 2 H 5 + NaOH(H 2 O) CH 3 COONa + C 2 H 5 OH
Бензол є органічним хімічною сполукою. Належить до класу найпростіших ароматичних вуглеводнів. Виробляють його з кам'яновугільної смоли, при її переробці виходить безбарвна рідина, Що має своєрідний солодкуватий запах.
Хімічна формула – (C6H6, PhH)
Бензол добре розчиняється у спирті та хлороформі. Відмінно розчиняє жири, смоли, воски, сірку, бітум, каучук, лінолеум. При загорянні сильно коптить, яскраве полум'я.
Токсичний і канцерогенний. Має наркотичний, гепатотоксичний та гемотоксичний вплив.
Застосування у побуті та на виробництві
Бензол використовується в хімічній, гумовій, поліграфічній та фармацевтичній промисловості.
Застосовується для синтетичних каучуків, волокон, гуми, пластмас. З нього виготовляють фарби, лаки, мастики, розчинники. Входить до складу моторних бензинів, є важливою сировиною для виготовлення різноманітних ліків.
З бензолу синтезують інші продукти: етилбензол, діетілбензол, ізопропілбензол, нітробензол та анілін.
Нещодавно бензол додавали до моторного палива, але через посилення екологічних вимог, ця добавка була заборонена. Нові стандарти дозволяють його вміст у моторному паливі до одного відсотка, зважаючи на високу токсичність.
Токсикологи знаходять бензол у продуктах харчування, таких як яйця, консервоване м'ясо, риба, горіхи, овочі, фрукти. В організм людини з продуктами може надійти щодня до 250 мкг бензолу.
Як відбувається отруєння
Отруєння бензолом відбувається через органи дихання, рідше при вживанні та попаданні на непошкоджену шкіру. Токсичність бензолу дуже висока, при тривалій взаємодії може розвинутись хронічна інтоксикація.
Гострі отруєння спостерігаються рідко, вони можуть бути пов'язані з аварійними та нещасними випадками на виробництві, що виникли через порушення правил техніки безпеки. Так, при чищенні цистерн з-під бензолу у працівників може розвинутися блискавична смерть.
Потрапляючи в організм, бензол може викликати роздратування нервової системи, глибокі зміни кісткового мозку та крові Короткочасне влучення парів бензолу в організм не викликає змін з боку нервової системи.
Якщо сталося гостре отруєння, бензол та його гомологи виявляються у мозку, печінці, надниркових залозах та крові. При хронічному отруєнні він надходить у кістковий мозок та жирові тканини. Виділяється легкими у незміненому вигляді.
Симптоми гострого отруєння бензолом:
- головний біль;
- синдром наркотичної дії;
- запаморочення;
- шум в вухах,
- судоми;
- падіння кров'яного тиску;
- малий пульс;
- дратівливість;
- швидка стомлюваність;
- Загальна слабкість;
- поганий сон;
- депресія;
- нудота та блювання.
При легких або стертих формах інтоксикації зміни картини крові слабко помітні.
Якщо отруєння бензолом має середню тяжкість, крім зазначених вище симптомів, з'являється кровотеча з носа та ясен. У жінок коротшає менструальний період, йдуть рясні кров'янисті виділення. Зазвичай такі явища супроводжуються анемією. Печінка трохи збільшується, відчувається болючість.
При тяжкій інтоксикації нерідкі скарги на поганий апетит, відрижку, біль у правому підребер'ї. Слизові оболонки та шкірні покриви стають дуже бліді, іноді відбуваються спонтанні крововиливи. Печінка сильно збільшується, стає болісною. Знижується кислотність і здатність, що перетравлює.
З боку серцево-судинної системи може початися ішемія міокарда, тахікардія, судинна гіпотонія.
Нервова система при тяжкій інтоксикації реагує по-різному. Іноді відзначаються прояви гіперактивності, в інших випадках з'являється загальмованість, знижуються рефлекси нижніх кінцівок
Без своєчасного лікування поступово розвивається лейкемічний мієлоз, рідше лімфатична лейкемія.
При дослідженні кістково-мозкового пунктату виявляється наявність атрофічних процесів у кістковому мозку. У деяких випадках спостерігається повне спустошення.
При хронічних отруєннях, які найчастіше розвиваються у виробничих умовах, з'являються зміни у складі крові.
Якщо руки часто стикаються з бензолом, шкіра стає сухою, на ній з'являються тріщини, бульбашки, свербіж, набряклість.
Перша допомога та лікування
Головний принцип терапії та профілактики отруєнь бензолом – це негайне припинення контакту з ним за перших симптомів отруєння. При хронічній бензольній інтоксикації може статися повне одужання, якщо вчасно припинено контакт із бензолом. Якщо це не зробити, відбудеться важка інтоксикація і, незважаючи на різні методитерапії, лікування виявиться безрезультатним.
При вдиханні парів бензолу лікарі відзначають наступну клінічну картину:
відбувається збудження, схоже з алкогольним, надалі хворий втрачає свідомість, впадає у коматозний стан. Обличчя блідне, починаються судоми, характерні м'язові посмикування. Слизові оболонки червоні, зіниці розширені. Ритм дихання порушено, артеріальний тиск знижено, пульс прискорено. З носа та ясен можлива кровотеча.
У цьому випадку використовують гіпосульфіт натрію, препарати сірки та глюкози, які допомагають прискорити процес нейтралізації бензолу та його продуктів окиснення.
При гострих інтоксикаціях необхідно забезпечити приплив свіжого повітря. Потерпілому роблять штучне дихання. При блювоті внутрішньовенно вводять глюкозу, якщо порушено кровообіг роблять ін'єкції кофеїну.
Проводиться кровопускання, внутрішньовенні вливання глюкози, серцеві засоби. Якщо хворий надто збуджений застосовують бромисті препарати.
У важких випадках при явно вираженій анемії застосовують препарати, що стимулюють еритропоез, вітамін B12, фолієву кислоту, препарати заліза спільно з аскорбіновою або соляною кислотою. Роблять дробові переливання крові.
Дуже ефективний вітамін Р разом із аскорбінової кислотою. Щоб запобігти розвитку некротичних явищ внутрішньовенно вводять пеніцилін та глюкозу.
При токсичному гепатиті, що виник унаслідок хронічного отруєння бензолом, вводять ліпокаїн, метіонін, холін.
Якщо бензол прийнятий усередину, клінічна картина наступна: у роті та за грудиною хворий відчуває нестерпне печіння, сильний біль у животі, що супроводжується блюванням, збудження, що змінюється пригніченням. Може статися непритомність, початися судоми, м'язові посмикування. Дихання стає спочатку прискореним, але незабаром уповільнюється. З рота хворого відчувається запах гіркого мигдалю. Різко знижується температура. Печінка збільшена, виявляється токсична гепатопатія.
При дуже високих концентраціях бензолу, що потрапив усередину, обличчя синіє, слизові оболонки набувають вишнево-червоного кольору. Людина майже миттєво втрачає свідомість, смерть настає протягом кількох хвилин. Якщо смерть після тяжкого отруєння не настала, здоров'я сильно підривається, і часто після тривалої хвороби все одно настає смерть.
При попаданні отрути всередину шлунок промивають через зонд, вводять вазелінове масло, сульфату натрію і у вену - розчин натрію тіосульфату, кордіамін і розчин глюкози і аскорбінову кислоту. Підшкірно розчин вводять кофеїну.
Внутрішньом'язово вводиться розчин тіаміну, піридоксину гідрохлорид та ціанокобаламін. Призначаються антибіотики для попередження інфекції. Якщо є кровотечі, вводять м'яз вікасол.
Якщо отруєння легке, потрібний спокій та тепло.
Профілактика
На виробництві, де використовується бензол, мають проводитися періодичні медогляди всіх робітників, які контактують із бензолом. В огляді беруть участь терапевт, невропатолог та гінеколог – за показаннями.
Не допускається приймати на роботу, при якій можливий контакт із бензолом:
- людей, які мають органічні захворювання центральної нервової системи;
- при всіх хворобах системи крові та вторинному недокрів'ї;
- хворих на епілепсію;
- з вираженими невротичними станами;
- при всіх видах геморагічного діатезу;
- при захворюваннях нирок та печінки.
Заборонено допускати до роботи з бензолом вагітних і жінок, що годують, неповнолітніх.