Химия и технология органических веществ

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации 
Федеральное государственное бюджетное 
образовательное учреждение высшего образования 
«Казанский национальный исследовательский 
технологический университет» 
 
 
 
 
 
 
 
 
ХИМИЯ И ТЕХНОЛОГИЯ  
ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ  

 
 
Практикум 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Казань 
Издательство КНИТУ 
2021 

УДК 661.7(076) 
ББК 35.50/78я7

Х36

 
Печатается по решению редакционно-издательского совета  
Казанского национального исследовательского технологического университета 
 
Рецензенты: 
канд. хим. наук Р. З. Мусин 
канд. хим. наук М. М. Латыпова 
 
 
 
 
 
 
 
 

 
 
Х36 

Авторы: Р. Р. Рахматуллин, Ч. Б. Медведева, И. В. Цивунина,  
Ф. Р. Гариева, А. В. Богданов 
Химия и технология органических веществ : практикум / Р. Р. Рахматул-
лин [и др.]; Минобрнауки России, Казан. нац. исслед. технол. ун-т. – 
Казань : Изд-во КНИТУ, 2021. – 88 с. 
 
ISBN 978-5-7882-2970-6
 
Рассмотрены процессы нитрования, гидрирования, галогенирования, 
алкилирования, окисления, оксимирования, амидирования и гидролиза. Каж-
дая глава содержит теоретический материал и лабораторные работы по полу-
чению и идентификации исходных и промежуточных веществ. 
Предназначен для бакалавров направления подготовки 18.03.01 «Хими-
ческая технология», изучающих дисциплины «Химия и технология органиче-
ских веществ» и «Технология органического синтеза». 
Подготовлен на кафедре технологии основного органического и нефте-
химического синтеза. 

 

ISBN 978-5-7882-2970-6
© Рахматуллин Р. Р., Медведева Ч. Б.,  
Цивунина И. В., Гариева Ф. Р.,  
Богданов А. В., 2021

© Казанский национальный исследовательский 

технологический университет, 2021

УДК 661.7(076) 
ББК 35.50/78я7

ВВЕДЕНИЕ 
 
Интенсивное развитие производства органических веществ от-
носится к ХVIII веку. Первоначально оно базировалось на переработке 
растительного и животного сырья. Дальнейшее развитие промышлен-
ность органического синтеза получила в середине XIX столетия на ос-
нове продуктов коксования каменного угля. А в XX веке в качестве сы-
рья для промышленности органического синтеза все большую роль 
стали играть нефть, природный и попутный нефтяной газ. Кроме них, 
сырьем для химической промышленности в настоящее время являются 
продукты переработки возобновляемого сырья: это растительные 
масла, жиры и древесина. Но в связи с ограниченностью ресурсов по-
лезных ископаемых одним из наиболее перспективных источников уг-
леводородного сырья является биомасса.  
Основной органический синтез объединяет сразу несколько 
технологических циклов по выпуску продуктов, которые составляют 
сырьевую базу для других отраслей промышленности, и включает 
в себя производство промежуточных продуктов (галогенпроизводные, 
кислородсодержащие продукты), мономеров для синтеза высокомоле-
кулярных соединений, поверхностно-активных веществ, растворите-
лей и экстрагентов, синтетических топлив и масел, химических средств 
защиты растений и др.  
В практикуме по дисциплине «Химия и технология органиче-
ских веществ» рассмотрены реакции нитрования, гидрирования, гало-
генирования, алкилирования, окисления, оксимирования, амидирова-
ния, гидролиза. На основе этих процессов получают большой ассорти-
мент химических продуктов, имеющих важное значение в народном 
хозяйстве. В каждой главе практикума приводится теоретический ма-
териал, методика выполнения лабораторных работ синтеза, методы ис-
пытаний и идентификации полученных соединений. А в лабораторной 
работе по синтезу амида олеиновой кислоты предусматривается также 
проведение кинетических исследований с определением скорости и по-
рядка реакции.  
Авторы предлагаемой работы стремились к тому, чтобы разра-
ботанный ими практикум по дисциплине помог студентам углубить 
теоретические знания по основным процессам органического синтеза и 
овладеть методами синтеза и идентификации полученных соединений. 
 
 

1. РЕАКЦИИ НИТРОВАНИЯ 
 
Рассмотрим процесс нитрования ароматических соединений. 
Ароматические нитросоединения используют в основном как взрывча-
тые вещества и как промежуточные продукты для получения аминов, 
изоцианатов, нитрофенолов и других соединений. 
Нитрование ароматических углеводородов протекает по следу-
ющей схеме: 
ArH + HNO3 → ArNO2 + H2O 
 
В качестве нитрующих агентов используются азотная кислота, 
нитрующая смесь и высшие оксиды азота. 
Чаще всего нитрование ароматических соединений осуществ-
ляется смесью азотной и серной кислот (нитрующая смесь) в жидкой 
фазе. Серная кислота в этом случае является катализатором, водоотни-
мающим агентом, ингибитором окисления и веществом, способствую-
щим более полному использованию азотной кислоты. 
В нитрующей смеси происходит кислотно-основное взаимодей-
ствие с образованием нитроний-катиона (NO2)+: 

 
 
Влияние заместителей на реакционную способность ароматиче-
ского ядра и ориентацию вступающей нитрогруппы аналогично другим 
реакциям электрофильного замещения в ароматическом ядре. Каждая 
последующая стадия нитрования протекает значительно медленнее 
предыдущей, что требует проведения нитрования при более жестких 
условиях. 
В качестве примера процесса нитрования предлагается прове-
дение лабораторного практикума по получению нитробензола. 
 
 

+ N
+O2

NO2

+
H

NO2
+
H+

HNO3 + H2SO4
H2O+
NO2 + HOSO3

H2O+
NO2
N+O2 + H2O

Лабораторная работа 1 
 
CИНТЕЗ НИТРОБЕНЗОЛА 
 
Цель работы: проведение синтеза нитробензола с последую-
щей его идентификацией. 
 
Основные этапы выполнения работы: 
1. Проведение синтеза нитробензола и выделение его из реак-
ционной массы методом простой перегонки.  
2. Расчет материального баланса синтеза нитробензола. Расчет 
теоретического и практического выходов нитробензола. 
3. Определение показателя преломления (nD20) и плотности. 
4. Расчет теоретической молекулярной рефракции и сравнение 
ее с практической молекулярной рефракцией. 
5. Оформление отчета. 
 
Физико-химические свойства исходных соединений и продук-
тов реакции приведены в табл. 1. 
 
Таблица 1 
Физико- химические свойства нитробензола и 
исходных реактивов 

Вещество 

Молекулярная 
масса, г/моль 
Ткип.,0С 

 
d420 

 
nD20 

С6Н5NO2 
123,12 
210,9 
1,2031 
1,5526 

HNO3 
63,01 
1,513 

С6H6
78,12
80,1
0,879
1,5011

H2SО4
98,08
1,834

 
Этап 1. Синтез нитробензола и выделение его 
из реакционной массы методом простой перегонки 
 
Средства измерения и вспомогательные устройства 
 
Весы лабораторные 2-го класса точности по ГОСТ 24104 с 
наибольшим пределом взвешивания 200 г. 

Термометр по ГОСТ 28498 или по ТУ 25-2021-003 с ценой де-
ления 0,1 оС, пределы измерения – 0250 о С. Допускается использовать 
термометр с ценой деления 0,5 оС. 
Колба КГУ-3-250-29/32 ТХС по ГОСТ 25336. 
Воронка делительная цилиндрическая ВД-2250-29/32 по ГОСТ 
25336. 
Воронка капельная по ГОСТ25336. 
Холодильник ХПТ-400 14/23-14/23 по ГОСТ 25336. 
Верхнеприводная мешалка. 
Электроплитка. 
 
Реактивы и растворы 
 
Бензол по ГОСТ 9572. 
Азотная кислота по ГОСТ 701. 
Серная кислота по ГОСТ 4204. 
Сода кальцинированная по ГОСТ 5100 с изменением 1, 3–5 % 
мас. раствор. 
 
Методика проведения синтеза 
 
Основная реакция получения нитробензола: 
 

 
 
В трехгорлую колбу емкостью 250 мл, снабженную мешалкой, 
воздушным холодильником и термометром (рис. 1) помещают 20 мл 
азотной кислоты и прибавляют 26 мл серной кислоты. К охлажденной 
до 25–30 оС нитрующей смеси постепенно, небольшими порциями при-
ливают 15,6 г бензола, при этом температуру реакционной массы под-
держивают не выше 40 оС. Это достигается регулированием скорости 
добавления бензола и охлаждением реакционной колбы в бане с холод-
ной водой. После прибавления всего бензола реакционную массу 
нагревают при температуре водяной бани 60 о С в течение 40–50 мин. 
Температуру не следует превышать во избежание образования м-ди-
нитробензола. 
 

H2SO4
NO2
+ HNO3
+ H2O

Рис. 1. Установка для синтеза нитробензола: 1 – трехгорлая колба; 
2 – мешалка; 3 – электропривод; 4 – термометр; 5 – холодильник; 
6 – электроплитка; 7 – водяная баня; 8 – капельная воронка 
 
Охлажденную реакционную смесь переливают в делительную 
воронку, сливают кислотный слой в предварительно взвешенный ста-
кан и взвешивают, а нитробензол промывают водой, 3–5 % раствором 
кальцинированной соды, затем – снова водой. Промытый нитробензол 
переливают в колбу емкостью 50 мл и оставляют с хлористым кальцием 
на осушку, после чего высушенный нитробензол отфильтровывают че-
рез складчатый фильтр от хлористого кальция и перегоняют на уста-
новке с воздушным холодильником (рис. 2), собирая фракцию 207–
211 оС. Отгонять нитробензол досуха не следует во избежание разло-
жения оставшегося в колбе динитробензола. 
 

Рис. 2. Установка для перегонки нитробензола 
 
Этап 2. Расчет материального баланса. Расчет теоретического 
и практического выходов нитробензола 
 
Расчет материального баланса приводится в табл. 2, 3. 
 
Таблица 2 
Материальный баланс стадии синтеза 

Приход
Расход

компоненты
г
% мас.
компоненты
г
% мас.

Бензол
Нитробензол-
сырец

Н2SO4
Кислотный
слой

HNO3
Потери

Итого
Итого

 
Таблица 3  
Материальный баланс стадии перегонки 

Приход
Расход

компоненты
г
% мас.
компоненты
г
% мас.

Нитробензол-
сырец 
  

Фракция ‒
Тнач.кип ‒ 207 0С 
Фракция ‒
207‒211 0С
Кубовый остаток
Потери

Итого
Итого

Этап 3. Определение плотности, показателя преломления 
и расчет молекулярной рефракции 
 
Физико-химические показатели выполняются в соответствии  
с разд. 9. 
 
Контрольные вопросы 
 
1. Нитрование ароматических соединений. Механизм реакций. 
2. Нитрование парафинов. Механизм реакций нитрования. Нит-
рование парафинов в газовой фазе. Нитрование парафинов в жидкой 
фазе. 
3. Нитрование ненасыщенных углеводородов. 
4. Промышленное применение продуктов нитрования. 
 
 

2. РЕАКЦИИ ГИДРИРОВАНИЯ 
 
Впервые процесс восстановления нитросоединений в анилин 
был осуществлен Н. Н. Зининым в 1842 г.: 

C6H5NO2
C6H5NH2 + 2Н2О 
 
Для восстановления ароматических нитросоединений исполь-
зуют катализаторы – железо в присутствии соляной кислоты, сульфиды 
металлов. 
Восстановление ароматических нитросоединений до аминов 
может сопровождаться гидрированием ароматического ядра, что осо-
бенно характерно при использовании в качестве катализатора Pt, Pd, Ni:  

 
 
Поэтому для восстановления ароматических нитросоединений 
до ароматических аминов в качестве катализатора используют медь.  
В промышленности анилин получают каталитическим гидриро-
ванием нитробензола в газовой фазе с медным катализатором: 

 
 
Гидрирование алифатических нитросоединений до аминов осуществляют 
на никелевом катализаторе при температуре 150–200 0С и 
давлении 1–5 МПа: 

RNO2 
RNH2 
 
Гидрирование ароматических аминов в ядро проводят для синтеза 
циклогексиламина: 

+H2

NO2

+H2

NH2

NO2

+  3H2

NH2

+  3H2O

+H2