2023学年完整公开课版硝化反应

硝化反应化学制药工艺技术

硝化剂

硝化剂是能够生产硝酰正离子（NO2+）的反应试剂，它是以硝酸或氮的氧化物为主体，与强酸（H2SO4、HClO4等）、有机溶剂（CH3CN、CH3COOH等）或路易斯酸（BF3、FeCl3等）等物质组成。工业上常用的硝化剂有不同浓度的硝酸、硝酸与硫酸的混合物、硝酸盐和硫酸、以及硝酸的乙酸酐溶液等。

硝酸

纯硝酸、发烟硝酸及浓硝酸很少解离，主要以分子状态存在，如75%~95%的硝酸有99.9%呈分子状态。纯硝酸中有96%以上呈HNO3分子，仅约3.5%的硝酸经分子间质子转移，解离成硝酰正离子NO2+。硝酸在较高的温度下分解而具有氧化能力，通常稀硝酸比浓硝酸的氧化能力更强。单用硝酸做硝化剂，会因硝化反应产生水而使硝酸稀释，甚至失去硝化能力。所以，很少采用单一的硝酸做硝化剂。除非是反应活性较高的酚、酚醚、芳胺以及稠环芳烃的硝化能力。

混酸

混酸是浓硝酸或发烟硝酸与浓硫酸按一定比例组成的硝化剂。硝酸中加入供给质子能力强的硫酸后，增加了硝酸离解为NO2+的程度。另外，硫酸对水的亲和力比硝酸强，可减少或避免硝酸被反应生成的水所稀释，提高硝酸的利用率。硝酸被硫酸稀释后，其氧化能力降低，不易产生氧化的副反应；腐蚀性也降低了，可采用铸铁设备操作，因而混酸是应用最为广泛的硝化剂。

硝酸盐与硫酸

硝酸与硫酸作用生成硝酸和硫酸盐，实质上是无水硝酸与硫酸的混酸。

常用的硝酸有硝酸钠、硝酸钾，硝酸盐与硫酸的配比一般是（0.1~0.4）:1（质量比）左右。按这种配比，硝酸盐几乎全部生成NO2+，所以最适合与苯甲酸、对氯苯甲酸等难以硝化的芳烃硝化。

硝酸的乙酸酐溶液

硝酸的醋酸酐溶液包含HNO3、H2NO3+、CH3COONO2、CH3COONO2H+、NO2+、N2O5的组分，硝化能力较强，可在低温下进硝化反应，反应较缓和，适用于易被氧化和为混酸所分解的硝化反应。醋酐对有机物有着良好的溶解性，可使反应处于均相，其酸性很小。

这种硝化剂既保持了混酸的优点，又弥补了混酸的不足，是仅次于硝酸和混酸的常用的硝化剂，广泛用于芳烃、杂环化合物、不饱和烃化物、胺、醇以及肟等的硝化。表5-1按硝化强度次序排列的硝化剂硝化剂硝化反应时存在形式X-HX硝酸乙酯C2H5ONOC2H5O-C2H5OH硝酸HONO2HO-H2O硝酸-醋酐CH3COONOCH3COO-CH3COOH五氧化二氮NO2·NO3NO3-HNO3硝酰氯NO2ClCl-HCl硝酸-硫酸NO2OH2H2OH3O+硝酰硼氟酸NO2BFBF4-HBF4硝化能力增强吸电子能力增大硝化方法

一、混酸硝化法二、硝酸硝化三、在溶剂中的均相硝化四、取代硝化混酸硝化法

混酸硝化是工业上广泛采用的一种硝化方法，特别的用于芳烃的硝化。混酸硝化的特点：（1）硝化能力强，反应速度快，生产能力高；（2）硝酸用量接近于理论用量，几乎全部被利用；（3）硫酸的热容量大，可使硝化反应平稳进行；（4）浓硫酸可溶解多数有机物，以增加有机物与硝酸的接触，使硝化反应易于进行；（5）混酸对铁的腐蚀性很小，可采用普通碳钢或铸铁作反应器。硝酸硝化

用硝酸进行硝化的困难是必须设法保持高效的硝酸浓度，不然反应生成的水会使硝化反应速度迅速下降。针对这一问题，已经提出的方法有液相硝化、气相硝化、苯与硝酸通过高分子膜进行硝化等。但由于单独使用硝酸所带来的经济和技术等原因，使得硝酸硝化法未能广泛应用，仅限于少数硝化产品（如蒽醌的一硝化，二乙氧基苯的硝化等）的生产。硝酸硝化法根据所用硝酸浓度的不同，可分为用浓硝酸的硝化和用稀硝酸的硝化。1.以浓硝酸为硝化剂的硝化浓硝酸硝化需要使用过量很多倍的硝酸，以避免反应生成的水使硝酸稀释，进而导致氧化副反应的发生。例如，对氯甲苯的一硝化，要使用4倍量90%左右的硝酸；邻二甲苯的二硝化要用10倍量的发烟硝酸。过量的硝酸必须回收利用2.稀硝酸硝化稀硝酸硝化只适用于容易硝化的活泼芳烃化合物。例如某些酰化的芳胺、对苯二酚的醚类、酚类、茜素和芘类等。用稀硝酸硝化时的溶剂是水，芳烃与稀硝酸的物质的量比为1:1.4～1:1.7；硝酸浓度约为30%左右。稀硝酸对铁腐蚀严重，故硝化设备使用不锈钢或搪瓷釜。

用稀硝酸硝化的典型例子是对二乙氧基苯的硝化，所用硝酸的浓度是34%，反应温度不高于70℃，对二乙氧基苯与硝酸的物质的量之比为1:1.5，反应如下：在溶剂中的均相硝化1.在浓硫酸介质中的均相硝化当被硝化物或硝化产物在反应温度下为固体时，可将被硝化物溶解在大量的硫酸中，然后加入硝酸或混酸进行硝化。

2.在有机溶剂中的硝化

硝化反应在有机溶剂中进行，不仅可避免使用大量的硫酸作溶剂，减少和消除废酸量；而且选用不同的溶剂可以改变硝化产物异构体的比例。常用的有机溶剂有二氯甲烷、二氯乙烷、四氯化碳、冰醋酸、酸酐等。

取代硝化含有磺酸基的芳环或杂环化合物进行硝化，磺酸基可被硝基取代。取代硝化在