硝化反應詳解

硝化反應詳解1、簡介

硝化反應，硝化是向有機化合物分子中引入硝基（－NO2）的過程，硝基就是硝酸失去一個羥基形成的一價的基團。芳香族化合物硝化的反應機理為：硝酸的－OH基被質子化，接著被脫水劑脫去一分子的水形成硝酰正離子（nitroniumion，NO2）中間體，最后和苯環(huán)行親電芳香取代反應，并脫去一分子的氫離子。在此種的硝化反應中芳香環(huán)的電子密度會決定硝化的反應速率，當芳香環(huán)的電子密度越高，反應速率就越快。由于硝基本身為一個親電體，所以當進行一次硝化之后往往會因為芳香環(huán)電子密度下降而抑制第二次以后的硝化反應。必須要在更劇烈的反應條件（例如：高溫）或是更強的硝化劑下進行。

常用的硝化劑主要有濃硝酸、發(fā)煙硝酸、濃硝酸和濃硫酸的混酸或是脫水劑配合硝化劑。

脫水劑：濃硫酸、冰醋酸、乙酐、五氧化二磷

硝化劑：硝酸、五氧化二氮（N2O5）

Ar─H+HNO3→Ar─NO2+H2O2、反應機理

硝化反應的機理主要分為兩種，對于脂肪族化合物的硝化一般是通過自由基歷程來實現(xiàn)的，其具體反映比較復雜，在不同體系中均有所不同，很難有可以總結的共性，故這里不予列舉。而對于芳香族化合物來說，其反應歷程基本相同，是典型的親電取代反應。3、主要方法

硝化過程在液相中進行，通常采用釜式反應器。根據(jù)硝化劑和介質的不同，可采用搪瓷釜、鋼釜、鑄鐵釜或不銹鋼釜。用混酸硝化時為了盡快地移去反應熱以保持適宜的反應溫度,除利用夾套冷卻外,還在釜內安裝冷卻蛇管。產(chǎn)量小的硝化過程大多采用間歇操作。產(chǎn)量大的硝化過程可連續(xù)操作，采用釜式連續(xù)硝化反應器或環(huán)型連續(xù)硝化反應器,實行多臺串聯(lián)完成硝化反應。環(huán)型連續(xù)硝化反應器的優(yōu)點是傳熱面積大，攪拌良好，生產(chǎn)能力大，副產(chǎn)的多硝基物和硝基酚少。

硝化方法主要有：稀硝酸硝化、濃硝酸硝化、在濃硫酸中用硝酸硝化、在有機溶劑中用硝酸硝化和非均相混酸硝化等。硝化方法主要有以下幾種：（1）稀硝酸硝化一般用于含有強的第一類定位基的芳香族化合物的硝化，反應在不銹鋼或搪瓷設備中進行，硝酸約過量10~65%。（2）濃硝酸硝化這種硝化往往要用過量很多倍的硝酸，過量的硝酸必需設法利用或回收，因而使它的實際應用受到限制。圍。例如苯硝化制硝基苯時，混酸組成(%)為：H2SO446～49.5，HNO344～47，其余是水，DVS2.33～2.58，F(xiàn)NA70～72。5、產(chǎn)品用途

硝基烷烴為優(yōu)良的溶劑，對纖維素化合物、聚氯乙烯、聚酰胺、環(huán)氧樹脂等均有良好的溶解能力，并可作為溶劑添加劑和燃料添加劑。它們也是有機合成的原料，如用于合成羥胺、三羥甲基硝基甲烷、炸藥、醫(yī)藥、農(nóng)藥和表面活性劑等。各種芳香族硝基化合物,如硝基苯、硝基甲苯和硝基氯苯等是染料中間體。有些硝基化合物是單質炸藥,如2,4,6-三硝基甲苯（即梯恩梯）。芳香族硝基化合物還原可制得各種芳伯胺，如苯胺等。6、注意事項主要危險(1)、硝化反應是放熱反應，溫度越高，硝化反應的速度越快，放出的熱量越多，越極易造成溫度失控而爆炸。(2)、被硝化的物質大多為易燃物質，有的兼具毒性，如苯、甲苯、脫脂棉等，使用或儲存不當時，易造成火災。(3)、混酸具有強烈的氧化性和腐蝕性，與有機物特別是不飽和有機物接觸即能引起燃燒。硝化反應的腐蝕性很強，會導致設備的強烈腐蝕?；焖嵩谥苽鋾r，若溫度過高或落入少量水，會促使硝酸的大量分解，引起突沸沖料或爆炸。(4)、硝化產(chǎn)品大都具有火災、爆炸危險性，尤其是多硝基化合物和硝酸酯，受熱、摩擦、撞擊或接觸點火源，極易爆炸或著火。安全措施(1)、制備混酸時，應嚴格控制溫度和酸的配比，并保證充分的攪拌和冷卻條件，嚴防因溫度猛升而造成的沖料或爆炸。不能把未經(jīng)稀釋的濃硫酸與硝酸混合。稀釋濃硫酸時，不可將水注入酸中。(2)、必須嚴格防止混酸與紙、棉、布、稻草等有機物接觸，避免因強烈氧化而發(fā)生燃燒爆炸。(3)、應仔細配制反應混合物并除去其中易氧化的組分，不得有油類、酐類、甘油、醇類等有機物雜質，含水也不能過高；否則，此類雜質與酸作用易引發(fā)爆炸事故。(4)、硝化過程應嚴格控制加料速度，控制硝化反應溫度。硝化反應器應有良好的攪拌和冷卻裝置，不得中途停水斷電及攪拌系統(tǒng)發(fā)生故障。硝化器應安裝嚴格的溫度自動調節(jié)、報警及自動連鎖裝置，當超溫或攪拌故障時，能自動報警并停止加料。硝化器應設有泄爆管和緊急排放系統(tǒng)，一旦溫度失控，緊急排放到安全地點。(5)、處理硝化產(chǎn)物時，應格外小心，避免摩擦、撞擊、高溫、日曬，不能接觸明火、酸、堿等。管道堵塞時，應用蒸氣加溫疏通，不得用金屬棒敲打或明火加熱。(6)、要注意設備和管道的防腐，確保嚴密不漏。生物硝化過程的主要影響因素影響生物硝化過程的環(huán)境因素主要有基質濃度、溫度、溶解氧濃度、pH值、以及抑制物質的含量等。⑴碳氮比對于硝化過程，碳氮比影響活性污泥中硝化細菌所占的比例，過高的碳氮比將降低污泥中硝化細菌的比例。⑵溫度溫度不但影響硝化菌的比增長速率，而且影響硝化菌的活性，亞硝化菌最佳的生長溫度為35℃，硝化菌的最佳生長溫度為35～42℃。生物硝化反應的最佳溫度范圍為20～30℃，15℃以下硝化反應速率下降，5℃時反應基本停止。反硝化適宜的溫度范圍為20～40℃，15℃以下反硝化反應速率下降。⑶溶解氧硝化反應必須在好氧條件下進行，所以溶解氧的濃度也會影響硝化反應速率，一般建議硝化反應中溶解氧的質量濃度大于2mg/L.⑷pH值在硝化反應中，每氧化1g氨氮需要7.14g堿度（以碳酸鈣計），如果不補充堿度，就會使pH值下降。硝化菌對pH值的變化十分明顯，硝化反應的最佳pH值范圍為7.5～8.5，當pH值低于7時，硝化速率明顯降低，低于6和高于10.6時，硝化反應將停止進行。⑸抑制物質許多物質會抑制