Министерство образования Республики Беларусь
Учреждение образования
«Могилевский государственный университет продовольствия»
Кафедра химической технологии высокомолекулярных соединений
Синтез бромистого этила Лабораторная работа № 1
по дисциплине «Органическая химия»
Специальность 1-490101 Технология хранения и переработки пищевого растительного сырья
Специализация 1-49010102 Технология хлебопекарного, макаронного,
кондитерского производств и пищеконцентратов
Проверил
___________П.Н. Писарев «___»____________2013 г. |
Выполнила студентка группы ТРХ-112 ___________ «___»___________2013 г. |
Могилев 2013
Введение
Целью работы является синтезирование бромистого этила и проверка расчетов исходя из 35 см3 95-го этилового спирта.
Особую осторожность следует проявлять при смешении бромида калия с концентрированной серной кислотой. Недопустим перегрев вследствие недостаточного охлаждения или слишком быстрого смешения. В этом случае возможно вскипание смеси, выделение ядовитых паров брома и даже выброс содержимого колбы наружу. Кислоту и бромид добавлять в реакционную колбу только небольшими порциями. Эту операцию проводить обязательно в защитных очках или маске.
Этил бромистый – применяется в медицинской промышленности, в производстве этиловой жидкости; в качестве сырья для органического синтеза; в качестве рабочего вещества или компонента в автоматических системах пожаротушения, наркотик с узким терапевтическим диапазоном, вызывает повреждение миокарда.
1 Общие методы получения органических соединений данного класса
Непредельные углеводороды - это углеводороды, содержащие кратные связи в углеродном скелете молекулы. Кратными называются двойные и тройные связи.
К непредельным углеводородам относятся алкены, алкины, алкадиены и другие углеводороды с кратными связями в молекуле.
Одной из важнейших реакций электрофильного замещения является галогенирование. Продукты этой реакции – арилгалогениды – широко используются как исходные вещества в синтетической органической химии, кроме того, часто они представляют самостоятельный интерес (инсектициды, лекарственные вещества).
Среди процессов галогенирования широкое распространение получили процессы хлорирования углеводородов. Их ценные свойства и доступность элементарного хлора, необходимого для их получения, способствовали развитию производства хлорорганических соединений.
Хлор в углеводородах может замещать водородные атомы или присоединяться по месту ненасыщенных связей между атомами углерода.
Для хлорирования могут использоваться не только хлор, но и хлорсодержащие соединения: хлористый сульфурил SO2Cl2, фосген COCI2, четыреххлористый углерод CCl4 и др.
Большой практический интерес представляет процесс хлорирования углеводородов хлористым водородом, так называемое гидрохлорирование, например
или окислительным хлорированием, например
Хлорирование углеводородов проводится в паровой и в жидкой фазах различными способами: при нагревании (термическое хлорирование). в присутствии катализаторов (каталитическое хлорирование), при специальном освещении реагирующих компонентов (фотохимическое хлорирование).
Термическое хлорирование обычно применяется для получения хлоридов низших углеводородов. Например, метан реагирует с хлором трудно, поэтому его хлорируют при высокой температуре. Гомологи метана хлорируются легче, чем метан, и при более низких температурах. Каталитическое хлорирование углеводородов проводится чаще всего в жидкой фазе, причем газообразные углеводороды предварительно растворяют в хлорорганических растворителях. Поскольку катализатор снижает энергию активации, в его присутствии хлорирование протекает при более низких температурах, чем при термическом хлорировании. Например, в присутствии катализатора четырех хлористой углерод образуется при 250-300° С; без катализатора в процессе термического хлорирования - при 460° С. Катализаторами служат хлориды металлов (Сu, Sb, Sn, Si) и металлоидов (I, S), нанесенные на высокопористые материалы (пемзу, активированный уголь, силикагель), а также органические соединения - перекись бензоила и некоторые нитрилы. Наиболее активным катализатором является хлорид меди СuС12, нанесенный на пористый носитель (пемзу, силикагель, активированный уголь).
Фотохимическое хлорирование - процесс хлорирования, ускоряемый действием света. Элементарный механизм этого процесса заключается в активации молекул реагирующих веществ при поглощении фотонов. Под действием лучистой энергии хлор диссоциирует на атомы:
которые затем взаимодействуют с углеводородом (RH). При этом образуется свободный углеводородный радикал R- и отщепляется хлористый водород:
Углеводородный радикал реагирует с другой молекулой хлора и образует хлорпроизводные углеводорода и один атом хлора и т. д.
Таким образом, хлорирование углеводородов принадлежит к цепным реакциям.
Хлорпроизводные углеводороды: четыреххлористый углерод СО4, метиленхлорид CH2Cl2, трихлорэтиленCHCl=CCl2, дихлорэтан CH2Cl-СН2Сl и др. применяются в качестве растворителей.
При переработке ряда хлорпроизводных получают спирты (аллиловый, амиловые), каучукоподобные материалы (тиокол, полихлоропрен), синтетические полимеры (поливинилхлорид, энант), антидетонаторы (тетраэтилсвинец) и др.
В промышленных масштабах производятся хлорфтор- и фторпроизводные углеводородов, используемые в качестве хладагентов, высокотемпературных теплоносителей, смазочных и трансформаторных масел.
Перфторуглероды - производные углеводородов, у которых все атомы водорода замещены фтором: СnF2n, СnF2n+2 и др. - химически стойкие вещества, применяемые в качестве инертных растворителей, неокисляющихся высокотемпературных смазок, теплоносителей, диэлектриков для токов высокой и сверхвысокой частоты и исходных веществ в производстве химически и термически стойких полимеров - фторопластов.
Хлорирование парафиновых углеводородов заключается в замещении атома водорода хлором с образованием хлористого водорода. При этом получаются моно-, ди-, три- и полихлориды. Практически в процессе хлорирования образуется смесь хлоридов:
В зависимости от условий процесса в смеси преобладает какой-либо один из хлоридов.
При хлорировании олефинов может происходить замещение атомов водорода, как в случае хлорирования парафиновых углеводородов, а также присоединение атомов хлора по двойной связи с образованием насыщенных соединений.
Скорость хлорирования возрастает с увеличением молекулярного веса олефина, повышением температуры и введением избытка галогена.
Гидрохлорирование олефинов - взаимодействие олефинов с хлористым водородом протекает с образованием монохлорпроизводных.
По правилу В. В. Марковникова, атом галогена присоединяется к наименее гидрогенизированному атому углерода, поэтому при гидрогалогенировании олефинов образуются только вторичные и третичные галогенпроизводные. Одновременное присоединение галогенов и замещение атомов водорода галогенами приводят к образованию полигалогенных соединений.
Производство хлористого винила. Хлористый винил получается при гидрохлорировании ацетилена:
или при дегидрохлорировании дихлорэтана:
В промышленности гидрохлорирование ацетилена проводится в жидкой или газовой фазе. Последний способ более перспективен, так как для его осуществления требуется аппаратура меньшего объема и процесс может быть легко автоматизирован.
Гидрохлорирование ацетилена в газовой фазе производится при 170° С. Смесь хлористого водорода и ацетилена из смесителя 1 поступает в трубчатый контактный аппарат 2 (рис. 8), трубки которого заполнены катализатором хлорной ртутью, нанесенной на активированный уголь (10% HgCI2 от массы угля). Тепло реакции отводится холодным минеральным маслом, циркулирующим в межтрубном пространстве реактора. Контактные газы, содержащие 93% хлористого винила и 5% хлористого водорода, поступают в скрубберы 3, где они сначала промываются водой для удаления хлористого водорода, а затем нейтрализуются щелочью. В аппарате4 хлористый винил осушается твердой щелочью. Далее винил-хлорид конденсируется в конденсаторе 5, охлаждаемом рассолом, после чего направляется на ректификацию для отделения примесей: ацетальдегида, 1,1-дихлорэтана и др. После ректификации из хлористого винила производится отгонка ацетилена.
Винилхлорид - важнейшее сырье для получения полимеров, необходимых в производстве пластических масс и синтетических волокон.
При хлорировании полимера винилхлорида - поливинилхлорида - получается перхлорвнниловая смола, содержащая 64-65% хлора (поливинилхлорид содержит 55-56% хлора). Хлорирование поливинилхлорида проводится в хлорорганическом растворителе (хлорбензоле, дихлорэтане и др.) при 110-115° С. При употреблении низкокипящего растворителя процесс проводится под давлением. Перхлорвиниловая смола применяется в производстве лаков, эмалей и синтетического волокна - хлорина.
Хлорирование ароматических углеводородов может протекать несколькими путями. В зависимости от условий процесса атомы хлора могут присоединяться или замещать атомы водорода в ядре и в боковой цепи.
При фотохимическом хлорировании в отсутствии катализатора происходит присоединение хлора и образуются хлорпроизводные циклических углеводородов, например при хлорировании бензола образуется гексахлорциклогексан:
Водород бензольного ядра замещается на атомы хлора при сравнительно невысоких температурах в присутствии катализаторов железа или его солей. Сначала образуется монохлорбензол, затем дихлорбензол, трихлорбензол и т. п. Хлор замещает атомы водорода в боковой цепи ароматических углеводородов при более высоких температурах в отсутствии катализатора.
Получение хлорбензола. Процесс осуществляется по реакции
в присутствии катализатора хлорного железа.
Бензол и хлор непрерывно поступают в нижнюю часть реактора, в котором происходит образование хлорбензола и небольших количеств полихлоридов. Выделяющееся реакционное тепло отводится охлаждающей водой или расходуется на испарение избытка бензола, вводимого в хлоратор, и частичное испарение образующегося хлорбензола.
Парогазовая смесь, содержащая выделяющийся при хлорировании хлористый водород, пары бензола, остатки влаги и некоторые газообразные примеси, выводится в верхней части хлоратора, охлаждается в графитовом холодильнике до -2° С, где конденсируются пары бензола. Жидкие продукты реакции, выводимые из средней части хлоратора: хлорбензол, полихлориды и непрореагировавший бензол, поступают на ректификацию для выделения из них хлорбензола.
Хлорбензол применяется как полупродукт в производстве синтетических красителей, фенола, инсектицида ДДТ, он является хорошим растворителем некоторых эфиров целлюлозы и других полимеров.
Фторхлорзамещенные углеводородов предельного и непредельного ряда используются для получения пластических масс - фторопластов.
При взаимодействии хлороформа с фтористым водородом образуется дифторхлорметан:
При пиролизе дифторхлорметана при 650° С в отсутствии катализатора образуется тетрафторэтилен - мономер, при полимеризации которого получается фторопласт-4 (тефлон):
При полимеризации трифторхлорэтилена CF2=CFCl получается фторопласт-3.
Важнейший фреон - дихлордифторметан (фреон-12) получается при взаимодействии фтористого водорода с четыреххлористым углеродом в присутствии катализатора небольших количеств пятихлористой сурьмы:
Реакции электрофильного присоединения (англ. addition electrophilic reaction) — реакции присоединения, в которых атаку на начальной стадии осуществляетэлектрофил — частица, заряженная положительно или имеющая дефицит электронов. На конечной стадии образующийся карбкатион подвергается нуклеофильной атаке.
В органической химии чаще всего атакующей электрофильной частицей является протон H+.
Несмотря на общность механизма различают реакции присоединения по связи углерод—углерод и углерод—гетероатом.
Общий вид реакций присоединения по двойной связи углерод-углерод:
Реакции электрофильного присоединения распространены среди алкенов и алкинов и широко используются в промышленном химическом производстве и лабораторных синтезах.