Tìm Hiểu Phản Ứng Nitro Hóa: Luận Văn Tốt Nghiệp Cử Nhân Hóa Học

Luận văn tốt nghiệp hóa học nghiên cứu tốt nghiệp hóa học tìm hiểu phản ứng nitro hóa, điều tra thực trạng, phân tích số liệu, đề xuất biện pháp cải tiến thực tế.

• Tác giả: Nguyễn Đỗ Trọng Khôi
• Người hướng dẫn: PGS-TS Trần Thị Tửu
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Hóa Học Chuyên Ngành: Hóa Hữu Cơ
• Đề tài: Tìm Hiểu Phản Ứng Nitro Hóa
• Loại tài liệu: Luận Văn Tốt Nghiệp
• Năm xuất bản: 2006
• Địa điểm: TP HCM

Mục lục chi tiết

• LỜI NÓI ĐẦU
• 1. PHẦN I: TỔNG QUAN
• 1.1. Cơ sở lí thuyết về phản ứng nitro hóa
• 1.1.1. Định nghĩa
• 1.1.2. Một số tác nhân nitro hóa
• 1.1.2.1. Axit nitric HNO3
• 1.1.2.2. Hỗn hợp HNO3 và H2SO4
• 1.1.2.3. Hỗn hợp muối nitrat và H2SO4
• 1.1.2.4. Ankyl nitrat
• 1.1.2.5. Dinitotetraoxit
• 1.1.3. Cơ chế phản ứng
• 1.1.3.1. Cơ chế nitro hóa các hợp chất thơm
• 1.1.3.2. Cơ chế nitro hóa các hidrocacbon no, thể khí
• 1.1.4. Sản phẩm phụ, xúc tác, dung môi
• 1.1.5. Các yếu tố ảnh hưởng đến phản ứng nitro hóa

Tóm tắt

I. Tìm Hiểu Về Phản Ứng Nitro Hóa Trong Hóa Học Hữu Cơ

Phản ứng nitro hóa là một trong những quá trình quan trọng trong hóa học hữu cơ. Quá trình này liên quan đến việc thay thế một hoặc nhiều nguyên tử hiđro trong hợp chất hữu cơ bằng nhóm nitro (-NO₂). Việc hiểu rõ về phản ứng này không chỉ giúp sinh viên nắm vững lý thuyết mà còn có thể áp dụng vào thực tiễn. Phản ứng nitro hóa có thể được thực hiện bằng nhiều phương pháp khác nhau, mỗi phương pháp có những ưu điểm và nhược điểm riêng.

1.1. Định Nghĩa Và Nguyên Tắc Cơ Bản Của Phản Ứng Nitro Hóa

Phản ứng nitro hóa là quá trình thay thế nguyên tử hiđro bằng nhóm nitro. Nguyên tắc cơ bản của phản ứng này là sử dụng axit nitric hoặc các tác nhân nitro hóa khác để tạo ra ion nitroni, từ đó tấn công vào hợp chất hữu cơ.

1.2. Tác Nhân Nitro Hóa Thường Gặp Trong Phản Ứng

Các tác nhân nitro hóa phổ biến bao gồm axit nitric và hỗn hợp sunfonitric. Những tác nhân này có khả năng tạo ra ion nitroni, giúp tăng cường hiệu quả của phản ứng nitro hóa.

II. Những Thách Thức Trong Phản Ứng Nitro Hóa

Mặc dù phản ứng nitro hóa có nhiều ứng dụng, nhưng cũng tồn tại nhiều thách thức. Một trong những vấn đề chính là sự hình thành sản phẩm phụ không mong muốn. Điều này có thể làm giảm hiệu suất của phản ứng và gây khó khăn trong việc tách chiết sản phẩm chính.

2.1. Sản Phẩm Phụ Trong Phản Ứng Nitro Hóa

Sản phẩm phụ thường xuất hiện do sự cạnh tranh giữa các phản ứng khác nhau. Việc kiểm soát điều kiện phản ứng là rất quan trọng để giảm thiểu sự hình thành sản phẩm phụ.

2.2. Ảnh Hưởng Của Nhiệt Độ Đến Phản Ứng Nitro Hóa

Nhiệt độ có ảnh hưởng lớn đến tốc độ và hiệu suất của phản ứng nitro hóa. Nhiệt độ quá cao có thể dẫn đến sự phân hủy của sản phẩm hoặc tạo ra các sản phẩm không mong muốn.

III. Phương Pháp Thực Hiện Phản Ứng Nitro Hóa Hiệu Quả

Để đạt được hiệu quả cao trong phản ứng nitro hóa, cần áp dụng các phương pháp phù hợp. Việc lựa chọn tác nhân nitro hóa và điều chỉnh các điều kiện phản ứng là rất quan trọng.

3.1. Sử Dụng Hỗn Hợp Sunfonitric Trong Nitro Hóa

Hỗn hợp sunfonitric là một trong những tác nhân nitro hóa mạnh mẽ nhất. Sử dụng hỗn hợp này giúp tăng cường hiệu suất phản ứng và giảm thiểu sản phẩm phụ.

3.2. Kiểm Soát Nhiệt Độ Trong Phản Ứng Nitro Hóa

Kiểm soát nhiệt độ là yếu tố quan trọng trong phản ứng nitro hóa. Nhiệt độ thấp thường giúp giảm thiểu sự hình thành sản phẩm phụ và tăng cường hiệu suất.

IV. Ứng Dụng Thực Tiễn Của Phản Ứng Nitro Hóa

Phản ứng nitro hóa có nhiều ứng dụng trong ngành công nghiệp hóa chất. Các sản phẩm nitro hóa được sử dụng rộng rãi trong sản xuất thuốc, phẩm màu và các hợp chất hữu cơ khác.

4.1. Ứng Dụng Trong Sản Xuất Dược Phẩm

Nhiều loại thuốc được tổng hợp từ các hợp chất nitro. Phản ứng nitro hóa đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra các thành phần hoạt chất trong dược phẩm.

4.2. Ứng Dụng Trong Ngành Công Nghiệp Hóa Chất

Các sản phẩm nitro hóa cũng được sử dụng trong sản xuất phẩm màu và các hóa chất công nghiệp khác. Điều này cho thấy tầm quan trọng của phản ứng nitro hóa trong hóa học hữu cơ.

V. Kết Luận Về Phản Ứng Nitro Hóa Trong Hóa Học Hữu Cơ

Phản ứng nitro hóa là một quá trình quan trọng trong hóa học hữu cơ. Việc hiểu rõ về cơ chế, phương pháp và ứng dụng của phản ứng này sẽ giúp nâng cao hiệu quả trong nghiên cứu và sản xuất. Tương lai của phản ứng nitro hóa hứa hẹn sẽ có nhiều tiến bộ mới, mở ra nhiều cơ hội trong lĩnh vực hóa học.

5.1. Tương Lai Của Phản Ứng Nitro Hóa

Với sự phát triển của công nghệ, phản ứng nitro hóa có thể được cải tiến để tăng cường hiệu suất và giảm thiểu sản phẩm phụ. Nghiên cứu mới sẽ mở ra nhiều hướng đi mới cho phản ứng này.

5.2. Tầm Quan Trọng Của Nghiên Cứu Về Nitro Hóa

Nghiên cứu về phản ứng nitro hóa không chỉ giúp cải thiện quy trình sản xuất mà còn đóng góp vào việc phát triển các sản phẩm mới trong hóa học hữu cơ.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Quá trình nitro hóa là một trong những phản ứng nền tảng quan trọng hàng đầu của hóa học hữu cơ thực nghiệm, đặc trưng bởi hiệu ứng tỏa nhiệt mãnh liệt với nhiệt phản ứng dao động từ 27 đến 55 kcal/mol cùng lượng nhiệt tỏa ra do hydrat hóa axit sunfuric đạt từ 50 đến 150 kcal/mol. Trong môi trường giảng dạy và nghiên cứu thực hành tại các cơ sở đào tạo đại học, việc thực hiện phản ứng nitro hóa thường gặp phải những trở ngại lớn như sự thiếu hụt tài liệu chuẩn hóa, tỷ lệ hao hụt hóa chất cao và nguy cơ hình thành các sản phẩm phụ nguy hiểm. Đề tài tập trung giải quyết vấn đề tối ưu hóa quy trình tổng hợp, nâng cao độ tinh khiết của sản phẩm và kiểm soát các yếu tố động học trong điều kiện cơ sở vật chất phòng thí nghiệm giáo khoa.

Mục tiêu cụ thể của nghiên cứu là khảo sát toàn diện cơ chế thế electrophin trên nhân thơm, chuẩn hóa các thông số kỹ thuật cho ba hệ phản ứng điển hình bao gồm tổng hợp nitrobenzen, 1-nitronaphtalen và axit picric. Đề tài hướng tới việc nâng cao hiệu suất tổng hợp đạt từ 70% đến 88%, đồng thời xác lập quy trình kiểm chứng sản phẩm đáng tin cậy. Nghiên cứu được triển khai thực nghiệm trong giai đoạn khóa học 2002-2006 tại Khoa Hóa học thuộc một trường đại học sư phạm trọng điểm ở miền Nam. Ý nghĩa thực tiễn của công trình thể hiện qua việc kiểm soát dung lượng khử nước đạt chuẩn từ 2,0 đến 7,4, bảo đảm an toàn sinh học với nồng độ hơi dung môi độc hại dưới ngưỡng giới hạn 0,05 mg/l, cung cấp cơ sở khoa học vững chắc phục vụ công tác giảng dạy thực hành hóa hữu cơ.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu xây dựng trên nền tảng hai lý thuyết phản ứng cốt lõi: lý thuyết thế electrophin trên nhân thơm và lý thuyết thế gốc tự do cho hydrocacbon mạch hở ở nhiệt độ cao từ 170 đến 500°C. Mô hình chuyển hóa trung gian mô tả quá trình tấn công của tác nhân ái điện tử ion nitroni vào nhân thơm thông qua phức pi không bền trước khi chuyển hóa thành phức sigma định hình cấu trúc không gian. Ba khái niệm chủ đạo xuyên suốt nghiên cứu bao gồm: ion nitroni với tư cách là tác nhân mang điện tích dương quyết định tốc độ phản ứng; quy tắc định hướng vị trí thế của nhóm thế loại I giúp tăng hoạt tính vòng thơm gấp 24 lần và nhóm thế loại II làm giảm hoạt tính vòng thơm tới 1.000 lần; dung lượng khử nước phản ánh tỷ lệ giới hạn nồng độ axit sunfuric cần thiết để duy trì phản ứng nitro hóa liên tục.

Phương pháp nghiên cứu

Dữ liệu nghiên cứu được thu thập từ các chuỗi thực nghiệm tổng hợp trực tiếp và phân tích hóa lý chuyên sâu. Cỡ mẫu thực nghiệm được thiết kế định lượng chính xác cho từng đối tượng khảo sát: 11,7 gam (tương đương 0,15 mol) benzen; 8,3 gam (tương đương 0,065 mol) naphtalen; và 10,0 gam (tương đương 0,1064 mol) phenol. Phương pháp chọn mẫu có chủ đích được áp dụng nhằm đại diện cho ba phân nhóm hoạt tính nhân thơm: vòng benzen đơn giản, hệ đa vòng ngưng tụ và hợp chất phenol có tính kích hoạt mạnh nhưng dễ bị oxy hóa.

Lý do lựa chọn phương pháp phân tích đa hợp bao gồm việc đo nhiệt độ sôi bằng phương pháp mao quản Sivolobov (thích hợp cho chất lỏng có điểm sôi cao ở 210°C), đo tỉ khối bằng bình picnomet dung tích 10 ml, đo chỉ số khúc xạ với vạch sáng D ở bước sóng 589 nm và sắc ký lớp mỏng trên bản nhôm tráng silicagel soi dưới đèn tử ngoại bước sóng 254 nm. Các phương pháp này được ưu tiên lựa chọn do tính chuẩn xác, chi phí hợp lý và phù hợp với điều kiện trang thiết bị giáo khoa. Toàn bộ chu kỳ phản ứng thực nghiệm diễn ra trong khung thời gian chuẩn hóa từ 60 đến 90 phút, kết hợp quy trình ủ nhiệt cách đêm 24 giờ nhằm đạt cân bằng phản ứng tối đa.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Thực nghiệm tổng hợp nitrobenzen từ 11,7 gam benzen với hệ xúc tác hỗn hợp sunfonitric ở nhiệt độ 50-60°C trong thời gian 60 phút đã thu được 16,2 gam sản phẩm tinh khiết, đạt hiệu suất chuyển hóa 88%. Khi kéo dài thời gian phản ứng lên 90 phút, khối lượng thu được chỉ tăng thêm khoảng 0,5%, chứng minh mốc 60 phút là tối ưu về mặt kinh tế và năng lượng.

Đối với hệ phản ứng tổng hợp 1-nitronaphtalen, việc điều chỉnh giảm thể tích axit nitric từ 9,0 ml theo các tài liệu cũ xuống còn 6,5 ml kết hợp nhiệt độ dưới 60°C đã hạn chế tối đa sản phẩm phụ đa nitro. Sản phẩm đạt khối lượng 8,32 gam tương ứng hiệu suất 74%. Quy trình tinh chế bằng hệ dung môi rượu và nước theo tỷ lệ thể tích 1:1 cho hiệu quả kết tinh vượt trội so với rượu tuyệt đối.

Trong quá trình điều chế axit picric, việc áp dụng quy trình gián tiếp thông qua sunfo hóa phenol thành axit phenol-2,4-đisunfonic kết hợp làm lạnh ở 0°C và ủ cách đêm đã ngăn chặn hoàn toàn phản ứng oxy hóa phá hủy vòng thơm, giúp hiệu suất đạt mốc 70%. Cấu trúc của cả ba hợp chất được xác thực rõ nét qua phổ hồng ngoại với các vân dao động hóa trị đặc trưng của liên kết cacbon - nitơ tại số sóng 1348,1 cm⁻¹ (nitrobenzen), 1352,0 cm⁻¹ (1-nitronaphtalen) và 1342,4 cm⁻¹ (axit picric).

Thảo luận kết quả

Hiệu suất vượt trội của các phản ứng được giải thích nhờ vai trò xúc tác tạo môi trường của axit sunfuric đặc có nồng độ từ 80% đến 90%, giúp gia tăng mật độ ion nitroni tự do lên hàng nghìn lần so với môi trường axit nitric đơn lẻ. So với các nghiên cứu trước đây trong các giáo trình thực hành xuất bản năm 1983, việc giảm 27,8% lượng axit nitric dư thừa không những không làm giảm sản lượng mà còn loại trừ triệt để nguy cơ cháy nổ do tạo thành dinitrobenzen hay 2-nitronaphtalen.

Dữ liệu nghiên cứu thực nghiệm có thể được hệ thống hóa trực quan thông qua biểu đồ cột so sánh tương quan hiệu suất theo thời gian phản ứng và bảng đối chiếu hằng số vật lý. Bảng dữ liệu ghi nhận nhiệt độ sôi thực nghiệm của nitrobenzen đạt 210°C (trùng khớp 100% với tài liệu tham khảo chuẩn quốc tế), tỉ khối d²⁰ đạt 1,2084 và điểm nóng chảy của axit picric đạt 122°C. Bước chưng cất lôi cuốn hơi nước đóng vai trò then chốt trong việc tách biệt hoàn toàn naphtalen dư và đồng phân phụ, tạo ra bước đột phá về độ sạch của tinh thể.

Đề xuất và khuyến nghị

Thứ nhất, chuẩn hóa tỷ lệ phối trộn tác nhân nitro hóa trong toàn bộ chương trình thực hành hóa hữu cơ, khống chế nghiêm ngặt tỷ lệ mol axit nitric và axit sunfuric ở mức 1:1,5 đối với các hợp chất thơm thông thường, duy trì nhiệt độ phản ứng dưới 60°C trong thời gian 60 phút nhằm nâng cao hiệu suất thực hành của sinh viên lên trên 85% trong năm học tới. Chủ thể thực hiện là đội ngũ giảng viên và cán bộ phụ trách phòng thí nghiệm bộ môn.

Thứ hai, thiết lập hệ thống trang thiết bị kiểm soát hơi độc và nhiệt lượng phản ứng trong vòng 3 đến 6 tháng, đảm bảo nồng độ hơi benzen trong không khí phòng thí nghiệm luôn dưới mức 0,1 mg/l và nitrobenzen dưới 0,05 mg/l. Ban quản lý cơ sở vật chất và kỹ thuật viên trung tâm có trách nhiệm lắp đặt tủ hút đạt chuẩn và chuẩn bị sẵn dung dịch cồn y tế cùng nước xà phòng ấm để xử lý bỏng hóa chất ngay lập tức.

Thứ ba, cập nhật quy trình tinh chế sản phẩm vào đề cương thực hành chi tiết, bắt buộc áp dụng phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước cho các dẫn xuất naphtalen và sử dụng hệ dung môi rượu - nước tỷ lệ 1:1 cho 1-nitronaphtalen hoặc 1:2 cho axit picric ngay từ học kỳ tiếp theo. Chủ thể thực hiện là Hội đồng khoa học khoa Hóa học.

Thứ tư, triển khai đồng bộ phương pháp sắc ký lớp mỏng tráng silicagel kết hợp đèn soi huỳnh quang 254 nm và đo điểm sôi mao quản Sivolobov vào tiêu chí đánh giá kết quả bài thực hành cho 100% người học, hoàn thành chuyển giao quy trình trong vòng 1 năm. Chủ thể chịu trách nhiệm là cán bộ chấm thi và giảng viên hướng dẫn chuyên đề.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nhóm giảng viên và giáo viên Hóa học: Luận văn cung cấp hệ thống giáo án thực hành chuẩn hóa, các thông số an toàn chính xác và phương án thay thế hóa chất tiết kiệm, giúp nâng cao chất lượng bài giảng thực nghiệm trên lớp.

Nhóm sinh viên chuyên ngành Hóa học và Sư phạm Hóa: Tài liệu là cẩm nang học tập chi tiết, giúp nắm vững cơ chế thế electrophin, thuần thục kỹ năng lắp ráp dụng cụ chưng cất, chiết tách pha hữu cơ và phương pháp phân tích phổ hồng ngoại thực tế.

Nhóm kỹ thuật viên phòng thí nghiệm phân tích: Công trình cung cấp quy trình vận hành an toàn với các hóa chất độc hại, kỹ thuật phá nhũ tương bằng rượu etylic và phương pháp xử lý dung dịch axit sunfuric có dung lượng khử nước cao.

Nhóm kỹ sư công nghệ hóa chất và chuyên viên R&D ngành phẩm nhuộm, dược phẩm: Luận văn cung cấp thông số động học phản ứng, tỷ lệ chuyển hóa mononitro và phương pháp tổng hợp trung gian điều chế anilin, thuốc thử hữu cơ và dẫn xuất nitro thơm với chi phí tối ưu.

Câu hỏi thường gặp

Vai trò chủ yếu của axit sunfuric đặc trong hỗn hợp nitro hóa là gì? Axit sunfuric đặc đóng vai trò chất xúc tác sinh ra ion nitroni thông qua quá trình proton hóa axit nitric. Đồng thời, axit sunfuric hút lượng nước tạo thành sau phản ứng để duy trì nồng độ hỗn hợp phản ứng trên 80%, giúp gia tăng tốc độ chuyển hóa lên hàng nghìn lần.

Làm thế nào để hạn chế sự hình thành sản phẩm phụ đa nitro khi điều chế nitrobenzen? Người thực hiện cần duy trì nghiêm ngặt nhiệt độ phản ứng trong khoảng 50-60°C trong suốt 60 phút và khống chế tỷ lệ mol benzen với axit nitric ở mức 0,15 mol so với 0,23 mol, tuyệt đối tránh sử dụng axit nitric bốc khói hoặc để nhiệt độ vượt quá 70°C.

Vì sao không thể nitro hóa trực tiếp phenol bằng hỗn hợp axit sunfonitric để tổng hợp axit picric? Phenol có vòng thơm được hoạt hóa rất mạnh nên dễ bị oxy hóa và tạo nhựa khi tiếp xúc trực tiếp với axit nitric đặc. Phương pháp sunfo hóa trước tạo axit phenol-2,4-đisunfonic giúp bảo vệ vòng thơm, sau đó phản ứng thế nhóm nitro mới diễn ra êm dịu với hiệu suất 70%.

Tại sao phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước lại loại bỏ được tạp chất trong tổng hợp 1-nitronaphtalen? Do đặc tính vật lý, naphtalen chưa phản ứng và sản phẩm phụ 2-nitronaphtalen đều có khả năng bay hơi theo hơi nước, trong khi 1-nitronaphtalen tinh khiết không bay hơi theo hơi nước, giúp phân lập hoàn toàn sản phẩm chính với hiệu suất 74%.

Phản ứng đặc trưng nào giúp nhận biết nhanh dẫn xuất nitrobenzen trong phòng thí nghiệm? Nitrobenzen được khử bằng bột thiếc trong môi trường axit clohidric đặc để tạo thành anilin. Sau đó, làm lạnh dung dịch và nhỏ từng giọt natri hypoclorit sẽ xuất hiện màu tím đen đặc trưng của sản phẩm oxy hóa anilin, giúp nhận biết chính xác sản phẩm.

Kết luận

• Công trình đã hệ thống hóa toàn diện cơ sở lý thuyết và cơ chế thế electrophin trên các nhân thơm có mức độ hoạt hóa khác nhau.
• Quy trình thực nghiệm được tối ưu hóa thành công với hiệu suất tổng hợp vượt trội: nitrobenzen đạt 88%, 1-nitronaphtalen đạt 74% và axit picric đạt 70%.
• Xác lập tỷ lệ dung môi kết tinh chuẩn xác gồm hệ rượu - nước (1:1) cho 1-nitronaphtalen và hệ rượu - nước (1:2) cho axit picric.
• Kiểm chứng toàn diện cấu trúc sản phẩm thông qua điểm sôi 210°C, điểm nóng chảy 122°C và dải phổ hồng ngoại đặc trưng từ 1342 đến 1352 cm⁻¹.
• Đề xuất cải tiến thực tế giúp giảm 27,8% lượng axit nitric tiêu hao và loại bỏ hoàn toàn tạp chất thông qua chưng cất lôi cuốn hơi nước.

Đóng góp chính của luận văn là hoàn thiện một quy trình thực nghiệm chuẩn hóa, tiết kiệm hóa chất và an toàn tuyệt đối cho công tác đào tạo hóa hữu cơ. Kế hoạch tiếp theo trong 6 tháng tới tập trung mở rộng nghiên cứu sang các dẫn xuất dị vòng năm cạnh và hoàn thiện bộ tài liệu hướng dẫn điện tử. Hãy tải ngay toàn văn tài liệu để ứng dụng các quy trình tổng hợp nitro hóa tối ưu vào công tác giảng dạy và nghiên cứu thực nghiệm.

Trích đoạn nội dung tài liệu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA HÓA LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CỬ NHÂN HÓA HỌC CHUYÊN NGÀNH : HÓA HỮU CƠ ĐỀ TÀI : TÌM HIỂU PHẢN ỨNG NITRO HÓA GVHD : PGS-TS TRAN THỊ TỬU SVTH : NGUYỄN ĐỖ TRỌNG KHÔI LỚP : 4 A KHÓA HỌC: 2002-2006 LỜI NÓI ĐẦU Hóa học là một bộ môn khoa học thực nghiệm. Lý thuyết phải gắn liền với thực nghiệm. Đối với sinh viên Khoa Hóa Trường Đại Học Sư Phạm Thành Phố Hổ Chí Minh, mặc dù tương lai là những giáo viên phổ thông, không đặt nặng vấn để nghiên cứu sâu về hóa học. Tuy nhiên, sinh viên ta không những phải nắm vững lí thuyết mà còn phải nấm vững thực hành.

Từ nam thứ ba, sinh viên Khoa Hóa Trường DHSP Thành Phố Hồ Chí Minh đã được học thực hành hóa học hữu cơ. Đây là môn học rất bổ ích cho sinh viên. Vì nó giúp cho sinh viên hiểu rõ lí thuyết, tin tưởng vào lí thuyết. Hơn nữa, nó còn giúp cho người giáo viên vững vàng khi đứng lớp, biết làm thí nghiệm để cho học sinh tin vào khoa học.

Tuy nhiên, việc học thực hành hóa học hữu cơ của sinh viên còn nhiều điều bất cập như là: thiếu dụng cụ, hóa chất, tài liệu thiếu thốn, tài liệu chưa thống nhất. Vì vậy, để góp chút sức nhỏ bé của mình trong việc giúp sinh viên học thực hành hóa học hữu cơ tốt hơn, em mạnh dan chọn để tài “ Tìm hiểu phản ứng nitro hóa”. Do hạn chế về thời gian, vé khả năng, nên em chỉ chọn một loại phản ứng trong thực hành hữu cơ năm ba, đó là phản ứng nitro hóa. Đây là một vấn để mang tính cơ bản, giáo khoa nên để tài của em khó có nhiều cái mới.

Diéu cốt yếu là em tổng kết từ nhiều cái cũ để để ra cách thức thực hành sao cho tốt nhất. Chắc chắn rằng để tài của em có nhiều thiếu sót. Kính mong các thay cô và các bạn đóng góp ý kiến! Em xin thành thật cám ơn! Đồng thời, em xin gửi đến cô Trin Thị Tửu-người trực tiếp hướng dẫn em, các thầy cô trong tổ hữu cơ và các thẩy cô khác, cùng toàn thể các bạn cùng khóa lời cám ơn chân thành nhất! TP HCM - Tháng 5 năm 2006 NGUYÊN ĐỖ TRỌNG KHÔI TN nổLH N62 ci eect pc eae Ue aan inom SARS RS ! Dae ÌỤC casi acai ea ieee 626640Ai260000000662A1i306/10N00A6 2020 52.ã5661016452 2 Pin 0 > TỔN GDNH nề 002666/066)3)0 02602066600 80i080466/024 4 L.Cơ sở lí thuyết vé phản ứng nitro hóa.--5+ 655 +c<sssssseeee 5 GES 2) 1S) | ye a nai iene. Một số tác nhân nitro h6A.-ssscscssessesescececsninsceseacsessbssanansesssvecese 5 [3:0 chế Phần Wha tááá(GG3200(22620041::2G100G10IGGG08562G00GGGISS6 10 L4.

Sản phẩm phụ, xúc tác, dung MOi. Các yếu tố ảnh hưởng đến phản ứng nitro hóa. Nitro hóa các hợp chất thom. Cách tiến hành phan ứng và phân lập sản phẩm.

Ung dụng của phan ứng nitro W6a. Tinh chất một số hợp chất thơm và dẫn xuất nitro của nó .c0recssseececenerseepvvecsnssvevevensen) nesevensess avessosees i besessesebeicesecseast vaeees 19 T2.cccccserserenssanerasseccscansseccesnsensssceccsceess reeversserenenscaravas presen20 TLS. MER GIMTOD ORTON. 5000705101 ¢y0svegeecnssvsseencoss gonsenigeussseuecancessspsnecssesysennee 21 THÁO IN aa ai sissies toc ans ca eats a aad Seas mea Na21 I1: ' RA S262 i en aaa isis ahaha aaah aa 22 TUG; 2 Lo cài Hỏi.

sss is N0 nụ cccacesscenssccnmaccevs i toumamencasvvdccevens ps vosseenents pais 23 AR ee a ga ^ s.c 23 TCT MORI, vpurnasceassipemianisass petiesetnivh 44 panes isi isetesameese (epmenmnses sodeansem{ sbuneamnannss ites 23 IL.sscccscsscoscsssccsvsecesosecsvecsessesensennsansnnsenieneeseuenesnneenssennseee 25 Phân THỊ: Tho Sa Hí «sec csebenekicoeoiocooininceeioaasoeiniecaoioieee 26 LTTing liệt BỀcinema sais sissies cai icin a aa 27 L1.Phương trình phản ứng và cơ chế phản ứng.————————= 27 min việc cục cả: - NMNMNNAIRANAODAAAOANEAAAAARAANNNRNNNnnan 28 L4 8x10 ƯN NIÊN eeeeeeeesxeeeeedesireeeenoeskseooe 29 L5.Kiểm chứng sẵn phẾD. eo 602i eee 30 lí: Tổng hợo 1-nlyonapHBÌÏBN::scc2:cšc«cxiácc2 02% 012c26002 0 a6 36 1I.Phương trình phản ứng và cơ chế phản ứng. LE ETE ELT A ETE 17 ESTO | ce ee ee ee37 H4 KGt Genk G DGIHÏÖ Hỗ cay 6»662z26isdacinueesbooezdsozaebao 38 TUS: RiGee chiềng sân phẩm; cá cá¿iccci c2 1-0 cC 2 06ccoie 38 HH. Tong: Bo exit BÊ iso 3022006201 eee 43 IIL.Phương trình phản ứng và cơ chế phản ứng.

-----43 BEEZ FIG CHAE Về DU CU taasemnuuaaeosdtasgoskasseoyasesarsessaurdee 45 II Cách tiến ah ribs 26206200122 CGG200 aaa manned45 HAI dể HHa iiss Scales hacia A0 0G111604G000d00 46 HIL5.Kiểm chững tên phẩ Hi c2 ko 6202/62260 06+46 Phần III: Câu hỏi trắc nghiệm — Cách đánh giá .Lí thuyết về phân tích câu trắc [e-mail] thuyết về phân tích bài trắc nghiệm. 5© +2s+cs+reeexrexee 53 HEE So ws Crh epee TNG1400014666664310004ai6002620016G8)ii0i4210100GG a 54 IV:Mộtsố ket qua phán teh :25.c2 eh SS 56 Phần IV: Kết luận và để XUdt. 1a amano!60 BE Đổ THẾ kg na 8u c226ic6ceax6660x1u00816)105325208)6026666111i012)662i60564 60 Pin V/ TRÍ 1B Đám ĐÁ G62 cách 2220010262ả600186 61 Tài Hệu tham khdo sah ssa 62 AEN NT oR ee et Bee eee ce eee cee ee a See 63 KT TRG cacpsevnes iriennaiie is vacssasensnsies S2266353059662566135526201/a625503650-452202382đ20a3522262056504 5326864 PHẦN I: TỔNG QUAN Luận văn tốt nghiệp Giáo viên hướng dẫn: PGS-TS Trần Thị Tửu L Cơ sở lí thuyết về phan ứng nitro hóa L1. Định nghĩa Nitro hóa là quá trình hóa học thay thế một hoặc nhiều nguyên tử hiđro của hợp chất hữu cơ bằng một hay nhiều nhóm nitro (-NO;) của axit nitric hoặc tác nhân tương đương.

Một số tác nhân nitro hóa Tác nhân nitro hóa bao gồm các loại hợp chất cung cấp được ion nitroni NO, cho phản ứng. Sau đây là một số tác nhân nitro hóa: L2. Axit nitric HNO, : Dung dịch nước có tỷ trọng d=1,42. Hàm lượng HNO, là 65-68%, axit nitric bốc khói có tỉ trọng là 1,49 hàm lượng HNO, 95%, Phản ứng nitro hóa xảy ra như sau: Ar-H + HNO,;—+Ar-NO, + HO.

lon nitroni được hình thành qua 2 bước: 2HNO, «—*_N,Os + HO N,O; ——>* NO,+ NO; 2HNO;%— NO,+NO; + H;O Nông độ axit đóng vai trò quan trọng trong phản ứng nitro hóa. Hàm lượng nước trong axit càng bé thì sự nitro hóa tiến hành càng tốt và ít kèm theo sự oxi hóa. Tác dung nitro hóa của axit nitric phụ thuộc nhiệt độ, sự hạ nhiệt độ phản ứng trong một mức độ lớn làm giảm tác dụng oxi hóa so với tac dung nitro hóa của axit. Sự nitro hóa các hợp chất không vòng thường được tiến hành trong các ống hàn kín ở nhiệt độ 100-140°C và dùng axit nitric pha loãng.

Hidrocacbon mach không vòng được nitro hóa rất khó khăn. Nitro hóa các ankyl benzen ở mạch nhánh bằng HNO, loãng được tiến hành trong các ống hàn kin. Thí dụ, từ toluen sẽ tạo thành phenylnitrometan với hiệu suất 50%, từ ctylbenzen sẽ được a- nitroetylbenzen, từ isopropylbenzen sẽ được a-nitroisopropylbenzen. Nguyên tử hidro ở nguyên tử cacbon bậc càng cao càng dễ dàng được thay thế bằng nhóm nitro.

Khi cho HNO, đặc tác dụng lên hidrocacbon paraphin thì sẽ tạo thành một ít sản phẩm polinitro cũng như một loạt sản phẩm oxi hóa. Các hợp chất thơm được nitro hóa bằng HNO; đặc, tuy nhiên nước sinh ra do kết quả phản ứng sẽ pha loãng axit làm xúc tác cho phản ứng phụ oxi hóa. Bằng axit nitric loãng cũng có thé nitro hóa phenol hoặc ete của nó. Khi nitro hóa naphtalen bằng HNO; thì nhóm nitro sẽ đi vào vị trí a ưu thế hơn, tuy nhiên cũng tạo thành một lượng nhỏ đồng phân B.

Có thé nitro hóa các amin thơm bậc một bằng HNO, chỉ sau khi đã bảo vệ nhóm amino bằng cách axyl hóa, benzoyl Sinh viên thực hiện: Nguyễn Đỗ Trọng Khôi 5 Luận văn tốt nghiệp Giáo viên hướng dẫn: PGS-TS Trần Thị Tửu hóa.Khi nitro hoá các andehit thơm bằng HNO, ở lạnh sé tạo thành các nitratandehit, chất này dễ dàng chuyển thành dẫn xuất nitro của andehit. Sự nitro hóa các axit thơm có nhóm cacboxyl ở mạch nhánh bằng HNO; xảy ra với hiệu suất tốt. Sự nitro hoá hợp chất thơm bằng HNO, với sự có mặt của Hg hoặc muối của nó được tiến hành một cách khác gọi là sự nitro-oxi hoá. Khi ấy ngoài sự nitro hoá còn xảy ra sự oxi hóa và tạo thành nitrophenol và polinirophenol hoặc các dẫn xuất của chúng.

Thí dụ, từ benzen sẽ tạo thành 2,4-dinitrophenol và axit picric, từ naphtalen sẽ được nitro naphtol và a- nitronaphtalen.2, Hỗn hợp HNO, và H;SO, Hỗn hợp này gồm HNO; và H;SO, va di nhiên có nước. Hỗn hợp này có tên gọi là sunfonitric hay còn gọi là “ hỗn hợp nitro hóa”. Hỗn hợp nitro hóa này mạnh hơn HNO, nhiều. Hơn nữa sử dụng hỗn hợp nitro hóa có lợi hơn dùng HNO, vì H;SO, hút nước làm giảm khả năng oxi hóa của HNO,, vả lại không nhất thiết phải dùng HNO; có néng độ quá đặc tránh sự tạo thành sản phẩm phụ là polinitro.

Sự có mặt của H;SO, trong hỗn hợp nitro hóa sẽ ngăn cản xảy ra phản ứng phụ và tăng đáng kể tính tan của các chất hữu cơ. Tác nhân nitro hóa là ion nitroni NO, được tạo thành theo phương trình:. HNO, + 2H;SO, “—S HO! + NO,+ 2HSO, Trong môi trường axit sunfuric phản ứng trên hầu như dịch chuyển về bên phải. Hỗn hợp nitro hóa này có tỉ lệ như thế nào là tùy thuộc vào tính chất của chất đem phản ứng.

Đối với hợp chất thơm có khả năng phản ứng cao( như phenol và phenol ete) thì chỉ cần dùng dung dịch HNO; 40% là đủ để nitro hóa mà không cần đến sự xúc tác của H;SO,. Các hợp chất thơm có khả năng phản ứng trung bình thì để nitro hóa | mol hợp chất thơm người ta dùng 1,5 mol HNO; đặc 68% (d=1,42) và 2,2 mol H;SO¿ đặc 98%. Còn đối với các hợp chất thơm có khả nang phản ứng thấp ( đa số các hợp chất thơm có chứa nhóm thế loại II) thì người ta dùng 2,3 mol HNO; loại 95-100% ( d= 1,49-1,50) với 2,6 mol H,SO, đặc 98%. Trong thực tế không chỉ dùng axit HạSO¿ vào hỗn hợp nitro hóa mà một số axit Lewis cũng được dùng vào mục đích này.

Ví dụ như botriflorua. HNO; + BF; ———> NO, + BF,OH Trong trường hợp này phản ứng nitro hóa sẽ xảy ra như sau: ArH + HNO, + BF; ——> ArNO, + BF. Hỗn hợp muối nitrat và H;SO, Khi cần nitro hóa với nồng độ HNO; cao, dung dịch nước của HNO; không đáp ứng được. Người ta có thể dùng hỗn hợp muối nitrat và H;SO; ở thể hoàn toàn khan nước.

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Đỗ Trọng Khôi 6 Luận văn tốt nghiệp Giáo viên hướng dẫn: PGS-TS Trần Thị Tửu NaNO, + H;SO,——>+ HNO, + NaHSO, Phản ứng thường hay dang để diéu chế dẫn xuất polinitro. Ví dụ nitro hóa anilin thành 2,3,4,6-tetranitroanilin. Trong một vài trường hợp, để nitro hóa người ta dùng nitrat kim loại ( thường là Cu, Fe, Mn, Co, Li) trong hỗn hợp với anhydrit axetic.