4. Реакции нитрования органических соединений
4.1. Синтез 1-нитронафталина
Реактивы: нафталин; азотная кислота конц. (ρ = 1,37 г/см3), серная кислота конц. (ρ = 1,84 г/см3).
Оборудование: фарфоровый стакан, термометр, плитка.
Меры предосторожности: работу проводить под вытяжкой!!!
Ход работы:
В фарфоровом стакане смешайте 3,5 мл воды с 12 г серной и 5 г азотной кислот. Смесь нагрейте до 50°С, прибавьте тонко растертый нафталин небольшими порциями так, чтобы температура не поднималась выше 50°С, и реакционную смесь выдержите в течение часа при данной температуре, постоянно перемешивая. Повысьте температуру до 60°С и продолжите нагревание в течение часа. Полученный продукт охладите.
1-нитронафталин застывает в виде желто-оранжевой воскообразной массы. Жидкость слейте, а твердый продукт 2 раза переплавьте в кипящей дистиллированной воде для удаления непрореагировавшего нафталина.
Высушите продукт реакции между слоями фильтровальной бумаги на воздухе. Взвесьте и рассчитайте выход вещества в процентах. Определите температуру плавления (tпл.табл. = 60-65°С). Если продукт с примесями, его можно перекристаллизовать из изопропилового спирта.
Контрольные вопросы:
1). Приведите общую схему механизма реакции электрофильного замещения.
2). α – или β- изомер преимущественно образуется в ходе данной работы? Какие условия необходимы для получения второго изомера?
3). Напишите реакции нитрования бензола, толуола, фенола и бензойной кислоты.
4). Как влияют заместители при бензольном кольце на скорость реакции нитрования? Приведите примеры активирующих и дезактивирующих групп.
4.2. Нитрование салициловой кислоты
Реактивы: азотная кислота конц., салициловая кислота.
Оборудование: колба коническая на 100 мл с широким горлом, мерный цилиндр, колба Бунзена, воронка Бюхнера, плитка.
Меры предосторожности: все работы с концентрированной азотной кислотой проводить под вытяжкой!!!
Ход работы:
В коническую колбу на 100 мл поместите 2 г салициловой кислоты и прилейте 20 мл концентрированной азотной кислоты. Колбу закрепите на штативе над электроплиткой на высоте 5-7 см от нагревательной поверхности. Нагревание смеси при постоянном перемешивании стеклянной палочкой ведите до тех пор, пока не будет наблюдаться самопроизвольного разогревания и выделения окислов азота.
После этого электроплитку выключите, отодвиньте в сторону и, периодически перемешивая содержимое колбы стеклянной палочкой, дайте охладиться на воздухе.
Выпавший осадок 5-нитросалициловой кислоты отфильтруйте на воронке Бюхнера, несколько раз промойте непосредственно на фильтре холодной водой и оставьте сушиться на воздухе.
Предполагаемый выход продукта должен составлять около 90% от теоретического, считая на взятую в реакцию салициловую кислоту. После перекристаллизации из небольшого количества спирта температура плавления составляет 227°С.
Контрольные вопросы:
1). Какие соединения чаще всего применяются в качестве нитрующих агентов?
2). К каким типам реакций относится реакция нитрования по обратимости и по тепловому эффекту?
3). Приведите механизм реакции нитрования. Какая частица является активным реагентом?
4). От каких факторов зависит скорость реакции нитрования?
5). Как влияют заместители при бензольном кольце на скорость реакции нитрования? Приведите примеры активирующих и дезактивирующих групп.
6). Применение салициловой кислоты.