أحدث الموضوعات

تجربة تحضير النيتروبنزين فى المعمل Preparation of Nitrobenzene




نيترة الهيدروكاربونات الاروماتية  Nitration of Aromatic Hydrocarbons

تجربة تحضير النيتروبنزين فى المعمل  Preparation of Nitrobenzene

أولاً: الجزء النظري

** يحضر النيتروبنزين من تفاعل حامض النيتريك المركز مع البنزين بوجود حامض الكبريتيك المركز كعامل مساعد إذ يرتبط نتروجين مجموعة النترو بكربون الحلقة الآروماتية.


** يعمل حامض الكبريتيك على تجهيز وسط حامضي وتحويل حامض النيتريك إلى النترونيوم +NO2 شديد الفعالية والذي يكون هو العامل الحقيقي في النيترة.


** إن ميكانيكية الإحلال في الحلقة الآروماتية تشمل هجوم الكاشف الالكتروفيلي)ايون النترونيوم( على الحلقة الآروماتية والتي تعد كاشفا نيوكليوفيلياً ، لتعطي ايون الكربونيوم حيث ينتقل منه بروتون إلى ايون البيكبريتات التي تكون هي المادة الأقوى قاعدية في مزيج التفاعل.


** إن المواد التي لا يحدث فيها نيترة بسهولة بمزيج حامضي النيتريك وحامض الكبريتيك المركزين يمكن أن تزداد شدة التفاعل باستعمال حامض الكبريتيك الداخن ) المحتوي أكثر من 60 % ثالث أكسيد الكبريت ( أو بحامض النيتريك الداخن ، لذلك يتحول النيتروبنزين بواسطة مزيج من حامض النيتريك الداخن وحامض الكبريتيك المركز إلى ) الميتا داي نتروبنزين(m-Dinitrobenzene  بمنتوج حوالي 90 % مع كميات قليلة من ايزومرات الاورثو والبارا، والأخير يمكن التخلص منه وحذفه بإعادة بلورة المنتوج في مذيب مناسب.


كذلك يمكن تحويل البارا - نتروتولوين إلى 2.4  - داي نتروتولوين :


إن مجموعة النترو هي مجموعة غير مشبعة وتحتوي ذرة النتروجين شحنة موجبة، بينما تكون مجموعة الهيدروكسيل مشبعة، فمجموعة النترو الموجهة نحو الميتا تجعل التعويض أكثر صعوبة أي تقلل من نشاط الحلقة الآروماتية. أما مجموعة الهيدروكسيل الموجهة نحو مواقع الاورثو والبارا تسهل التعويض وتؤدي إلى تنشيط الحلقة الآروماتية.

المجاميع الموجهة نحو الميتا:

تشمل تلك المجاميع التي تكون فيها الذرة المرتبطة بالحلقة الآروماتية مباشرة موجبة الشحنة أو غير مشبعة تماما وهي:

 المجاميع الموجهة نحو الاورثو والبارا:

وتشمل تلك المجاميع المشبعة أو التي تكون غير مشبعة نوعا ما في المنطقة التي ترتبط بالحلقة وهي:

ثانياً: الجزء العملي

الأجهزة والمواد المستخدمة Instruments and Chemicals

الأجهزة: دورق دائري 250 ml ، مكثف عاكس ، محرار (ميزان حرارة أو ترمومتر) ، قمع فصل ، حمام مائي ، دورق مخروطي ، بيكر.

المواد الكيميائية: بنزين ، حامض النيتريك المركز، حامض الكبريتيك المركز ، بيكربونات الصوديوم ، كلوريد الكالسيوم اللامائي.

خطوات العمل Procedure

 (1 ضع 21 ml حامض النيتريك المركز في دورق دائري سعة 250 ml ، وأضف بعده دفعات مع التحريك  25 ml
من حامض الكبريتيك المركز.

 (2دع المزيج يبرد خلال الدفعات بغمر الدورق في الماء البارد ، ضع ترمومتر في مزيج الحامض.

3) أضف 17.5 ml من البنزين بدفعات (3-2) ml لكل دفعة ، رج محتويات الدورق جيدا لمزجها تماما بعد كل إضافة من البنزين، لا تدع درجة حرارة المزيج تصل فوق) 55 Co اغمر الدورق عند الضرورة في الماء البارد(.

4) بعد إتمام إضافة البنزين رتب مكثفا عاكسا إلى الدورق وسخن حمام مائي درجة حرارته) 60 Co لا تدع درجة الحرارة ترتفع أكثر(  لمدة (45-40) min ارفع الدورق بين فترة وأخرى من الحمام المائي ورجه بشدة.

5) أضف خليط التفاعل إلى 150 ml من الماء البارد في بيكر ، حرك المزيج لغسل النيتروبنزين ، ثم اترك المزيج ليركد )ناقش؟(

6) اسحب طبقة المائية العلوية وانقل السائل المتبقي إلى قمع فصل ثم استقبل الطبقة السفلية للنتروبنزين وأهمل الطبقة العلوية المائية.

7) أضف ماء جديد إلى النيتروبنزين في قمع الفصل لغسله مرة أخرى وحرك الخليط ، كرر الغسيل مرتين ، ارمي طبقة الماء العلوية.

8) اعد النيتروبنزين إلى قمع الفصل ورجه بشدة مع حوالي 50 ml من محلول بيكربونات الصوديوم المخفف للتفاعل مع الحوامض الزائدة.

9) نسحب طبقة النيتروبنزين إلى دورق مخروطي وجفف باستخدام كلوريد الكالسيوم اللامائي CaCl2 ، رشح النيتروبنزين وقطر بجهاز تقطير البخاري ، ثم اجمع الجزء المتقطر عند درجة  (211 - 206) Co

ملاحظة هامة
  
   النيتروبنزين ) وكثير من المركبات العضوية السائلة المحتوية على النتروجين ( هو سام نوعا ما وأبخرته يجب أن لا يسمح لها بالانتشار في جو المختبر ، فيجب أن تغمر نهاية المكثف جيدا في دورق الاستلام ، والنيتروبنزين أيضا سام عن طريق الجلد وعند سقوطه على الجلد يجب إزالته بالغسل بكمية قليلة من الكحول الميثيلي ثم بالصابون والماء الساخن.

تعليمات السلامة داخل المختبر الكيميائي

 يجب عليك قبل بدء التجربة مراعاة الآتي:

1) يجب مراعاة نظافة المختبر والأدوات المستخدمة به .

2) يجب عدم إلقاء المواد الكيماوية بالأحواض إلا بعد تخفيفها ، ولا يجوز نهائيا إلقاء قطع أو قشور الصوديوم في الأحواض.

3) يجب أن تكون الأرضيات وكذلك أسطح الطاولات من مواد مقاومة للحريق والمواد الكيماوية وسهلة التنظيف .

4) يجب غسل الأواني التي بها بقايا مواد سريعة الاشتعال بعد انتهاء العمل بها .

5) يجب عدم تخزين الكيماويات أو عينات المواد المراد حفظها داخل المختبر إلا بأقل قدر ممكن ولحاجة العمل فقط .

6) يجب عدم حفظ السوائل السريعة التبخر إلا في الثلاجات ويجب الانتباه عند تغطية زجاجات الكيماويات .

7) يجب وضع إناء مملوء بالرمل تحت القناني التي لا يوجد سبيل آخر لحمايتها ، واعلم أن استخدام الرمال والتراب لامتصاص الأحماض المنسكبة على الأرض من الوسائل الآمنة من وجهة نظر السلامة .

8) عند تسخين مواد سريعة الاشتعال يجب استخدام حمام مائي .

9) لا تحاول أن تدخل بقوة أنبوبة في سدادة فلين أو مطاط ، بلل الزجاج بالماء أو الزيت أولاً لان ذلك يسهل ألي حد كبير هذه العملية .

10) يجب تداول المواد الخطرة حسب الأسس العلمية ، وكمثال عند تخفيف حمض الكبريتيك فأن الحمض يضاف للماء ولا يضاف الماء إليه .

11) يجب عدم استخدام المواد الخطرة كالفوسفور إلا تحت الإشراف الفعلي لمسئول المختبر ، ومراعاة حفظ الفوسفور الأبيض والأصفر تحت سطح الماء لمنع اشتعالها تلقائيا حيث إنها تشتعل بمجرد تعرضها للهواء

12) يجب أن يكون بكل مختبر أكثر من مخرج ويفضل أن تكون الأبواب من النوع المفصلي التي تفتح للداخل والخارج .

13) يجب أن يتأكد محضر المختبر من فصل الكهرباء وإغلاق الغاز والماء عند انتهاء العمل بالمختبر يوميا ما لم يكن هناك أجهزة تلزمها الكهرباء باستمرار مثل الثلاجات أو أجهزة تكييف الهواء لظروف معينة .

14) يجب على محضر المختبر إجراء التفتيش الدوري على توصيلات الغاز والمياه والمجاري والكهرباء للتأكد من سلامتها والإبلاغ عن أي خلل بها فور اكتشافه .

15) يجب على محضر المختبر التأكد من توفير التهوية المناسبة والإضاءة المناسبة بالمختبر .

16) يجب التأكد من أن غرفة الغازات )غرفة التجارب) محكمة الغلق لمنع تسرب الغازات الضارة منها أثناء إجراء التجارب الخطرة وان تكون مزودة بمروحة سحب مناسبة .

المراجع
- تجارب فى الكيمياء العضوية. أسعد هاشم عنيد - حيدر مصطفي كمال - نهي سلمان صالح - أحمد حسون مجيد ، الطبعة لأولى (2015م) / جامعة الكوفة - كلية العلوم - العراق