Лабораторна робота № 7.

1. ТЕМА: Одержання хлорбензолу.

2. МЕТА: Провести в лабораторних умовах хлорування бензолу, визначити вихід хлорбензолу, скласти матеріальний баланс процесу хлорування.

Хлорбензол С6Н5СІ - безбарвна рідина з слабким запахом гіркого мигдалю. Ткип = 132 °С, = 1,11 г/см3. Застосовують його як розчинник і проміжний продукт для синтезу деяких нітрохлорбензолів, хлоранілінів, нітрофенолів (раніше з хлорбензолу одержували фенол і відомий інсектицид 4,4-дихлордифенілтрихлорметилметан - ДДТ).

Методи одержання хлорбензолу:

1. Пряма дія хлору на бензол.

При дії на бензол хлору на холоді в присутності каталізаторів відбувається заміщення водневих атомів у ядрі з виділенням галогеноводнів

каталізатором при цьому є хлорне або бромне залізо. В якості каталізаторів можуть також використовуватися інші хлориди металів, такі як АІС13, SbС13, а також йод. Роль каталізатора полягає в утворені позитивного іону галогену, який здійснює електрофільне заміщення в бензольному ядрі. В присутності FеС13 хлорування можливо проходить за такою схемою:

Можливо також, що -комплекс утворюється без попередньої іонізації галогену, наприклад

Концентрація хлорного заліза в бензолі складає 0,01-0,015 %.

Одночасно з утворенням хлорбензолу при хлоруванні відбувається подальше заміщення атомів водню на хлор з утворенням орто- і пара- дихлорбензолу і симетричного трихлорбензолу. Тому процес хлорування бензолу проводять не до кінця. Ступінь конверсії бензолу складає 50-70 %.

2. Заміна аміногрупи галогеном, через проміжне утворення діазосполук.

Технологія процесу одержання хлорбензолу.

Реакції хлорування бензолу завжди здійснюють в рідкій фазі, барботуючи хлор через вихідний реагент, в якому поступово накопичуються утворені продукти. По технології цей процес об'єднує деякі риси радикально-ланцюгового хлорування в рідкій фазі та іонно-каталітичного хлорування олефінів. Його подібність з першим полягає у послідовному характері реакцій, оформленні реакційного вузла і стадії переробки відхідного газу, а з другим - у використанні електролітичного хлор-газу, каталізаторів у вигляді стальних брусків (або кілець) або оформленні стадії переробки рідкої реакційної маси.

Підготовка сировини полягає в сушці хлор-газу сірчаною кислотою і сушці органічного реагенту азеотропним методом або іншими способами.

Процес хлорування здійснюється періодично або безперервно, причому в обох випадках дуже важливий спосіб відводу великої кількості тепла. Раніше вважалося, що хлорування бензолу слід проводити при можливо низькій температурі, а тепло відводити за рахунок охолодження реакційної суміші водою, що лімітувало продуктивність апарату. Потім знайшли, що температура суттєво не впливає на склад продуктів і процес стали проводити при 70- 100 0С, відводячи тепло більш ефективним способом - за рахунок випарювання надлишкового бензолу при допомозі зворотного конденсатора.

Переробка відхідного газу полягає в уловлювані летких хлорорганічних речовин (шляхам охолодження або абсорбції) і утилізації з одержанням концентрованої соляної кислоти. Переробка рідких продуктів полягає в нейтралізації НСІ та каталізатора водою і водним розчином лугу, після чого продукти виділяють перегонкою або кристалізацією.

3. РЕАКТИВИ І ОБЛАДНАННЯ

3.1 Марганцевокислий калій, соляна кислота, бензол, залізна стружка, содовий розчин.

3.2 Установка для синтезу хлорбензолу, установка для одержання хлору, колба Вюрца, водяний холодильник.

4. ПОРЯДОК ВИКОНАННЯ РОБОТИ

Хлорбензол одержують на установці схема якої приведена на рис. 1.

Рис. 1. Установка для синтезу хлорбензолу:

1 - голчастий вентиль, 3 - гідравлічний затвор, 4 - буферні склянки,

5 - реометр, 6 - барботер, 7.- реактор, 8 - термометр, 9 - кожух,

10 – шліфові з'єднання, 11 - відвідна трубка, 12 - кран.

При синтезі хлорбензолу хлор із балону, або одержаний в лабораторних умовах проходить через буферні склянки 4 та реометр 5 і через барботер 6 подається в реактор 7 заповнений залізною стружкою та бензолом. Реакція хлорування бензолу відбувається з виділенням тепла, тому реактор оснащений кожух. Тепло реакції відводять охолоджуючи водою. Реакція триває 2,5-3 год. Хлор, який не вступив у реакцію і хлористий водень, який утворився в результаті реакції уловлюються содовим розчином.

Якщо в лабораторії відсутній балон з хлором, хлор одержують на установці, схема якої приведена на рис. 2. В крапельну лійку 2 установки для отримання хлору наливають концентровану соляну кислоту, звідки вона по краплях подається в колбу і заповнену на 1/3 перманганатом калію. При взаємодії перманганату калію з соляною кислотою утворюється хлор за реакцією

Рис. 2 Установка для одержання хлору

1 - реактор,

2 – крапельна лійка,

З - вирівнююча лінія,

4 - трійник з краном,

5 - склянка Тищенко.

Очистка хлорбензолу.

З реакційної колби продукт переносять в колбу Вюрца. Розгонку ведуть з. водяним холодильником. Мета розгонки – виділення чистого хлорбензолу. При розгонці виділяється дві фракції:

I. фракція - зворотній бензол з температурою кипіння до 130 °С.

II. фракція - хлорбензол з температурою кипіння 130-140 °С.

Потім визначають вихід хлорбензолу в %. Результати виконаної роботи записують в таблицю.

Контрольні питання

1.

2.

3.

4.

5.

6.

Література

1.

2.

3.