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NITRAZIONE DEL TOLUENE
Il meccanismo di reazione, con cui il toluene (metil benzene) reagisce con l’acido nitrico, è la
sostituzione elettrofila. Per fare avvenire tale reazione, di nitrazione, è necessario preparare la miscela
nitrante costituita da acido nitrico e solforico concentrati. In questo modo si sviluppa lo ione nitronio NO2+
che funge da elettrofilo entrante.
HNO3
+
AC NITRICO
2H2SO4
↔
AC SOLFORICO
H3O+
+
2HSO4-
IONE IDROSSONIO
IONE IDROGENOSOLFATO
+
NO2+
IONE NITRONIO
CH3
CH3
CH3
O
N
O
+
TOLUENE
HNO3
N

ACIDO NITRICO
H2SO4
O
O
P-NITROTOLUENE
O-NITROTOLUENE
ED ALTRI SOTTO PRODOTTI (dal di nitro toluene a piccole % circa il 4% di m-nitrotoluene)
Si formano i prodotti orto e para in quanto il gruppo metile sul benzene orienta in queste posizioni. La para
prevale sulla orto a causa dell’ingombro sterico, la percentuale dell’paranitrotoluene (58%) mentre l’
ortonitrotoluene (34%) solo il 4% di metanitrotoluene ed ovviamente altri sottoprodotti dinitro…etc.
Schema di processo
Preparazione dell’agente nitrante:
1. In una beuta da 500 mL inserire 53 mL di acido nitrico concentrato.
2. Inserire la beuta in un cristallizzatore contenente una miscela frigorifera di ghiaccio e sale
(AlCl3 vanno bene anche altri Sali poliionici), ciò consente di portare la temperatura sotto lo
zero.
3. Aggiungere molto lentamente 61 mL di acido solforico concentrato, portare la temperatura
a -5° C.
Lavorare sotto cappa con occhiali protettivi e guanti anti acido.
Nitrazione:
1. Preparare la seguente vetreria:
a. Pallone a tre colli da 500 mL
b. Imbuto gocciolatore ( se disponibile con compensatore di pressione)
c. Termometro
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d. Bottiglia drechsel.
Assemblare la vetreria nel seguente modo:
Inserire il pallone a tra colli in un cristallizzatore contenente la miscela frigorifera, bloccare il
pallone con una pinza ad un’asta di sostegno. Inserire nel primo foro un termometro, nel foro
centrale l’imbuto gocciolatore ovviamente sostenuto da apposito reggimbuto, ed il terzo foro
usarlo per collegare il pallone ad una bottiglia drechsel attraverso un tubo di gomma
opportunamente collegato e bloccato, quest’ultima serve a bloccare i gas di ossido di azoto che si
sviluppano come sottoprodotti. (essendo ossidi acidi vengono neutralizzati da una base come
l’idrossido di sodio).
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Modo di operare:
Inserire nel pallone a tre colli 53 mL di Toluene.
Portare la temperatura a – 10 °C
Inserire nella bottiglia drechsel circa 500 mL di NaOH 2 M.
Inserire nel pallone gocciolatore la miscela nitrante.
Far gocciolare lentamente la soluzione punto 5 nel pallone cercando di mantenere la temperatura
al disotto dei 5/10° C.
L’operazione dura circa 2 ore.
Lasciare a riposo la reazione per almeno 3 ore in modo che raggiunga la temperatura ambiente in
modo molto lento.
Bloccare la reazione versando il contenuto del pallone a tre colli in un cristallizzatore o beker da
600 mL contenente 250 grammi di ghiaccio.
Trasferire la miscela risultante in un imbuto separatore ed estrarre la fase organica con cicloesano,
in alternativa usare il cicloesanolo e non il semplice esano.
Effettuare l’estrazione con una prima aliquota da 150 mL ed altre due da 40 mL.
Recuperare la fase organica in una beuta
Aggiungere 2 spatolate di bicarbonato di sodio per eliminare l’eccesso di acido avendo cura di
stappare l’imbuto separatore per evitare che si crei una pressione eccessiva di CO2.
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Aggiungere una spatolata di solfato di sodio per anidrificare.
Filtrare il tutto con imbuto bukner e pompa da vuoto.
Eliminare l’eccesso di solvente con il rotavapor (cicloesanolo)Cristallizzare la restante parte in miscela frigorifera a – 20° C preparando una bacinella con ghiaccio
e sale e successivamente inserirli nella cella frigo.
18. Filtrare i cristalli su bucner sottovuoto mantenendo la beuta fredda.
19. Solvatare e i cristalli con 20 mL di metanolo e ricristallizzare in modo da purificare.
20. Effettuare lo spettro IR per identificare la struttura del prodotto.
E’ possibile determinare anche la resa effettuando gli opportuni calcoli stechiometrici.
Sequenza fotografica:
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E’ consigliabile effettuare una sola prova riducendo le dosi in modo proporzionale . prima di procedere all’esperimento
consultare tutte le schede prodotto per una accurata gestione e smaltimento degli stessi.
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