Файл: Андрианов К.А. Технология элементоорганических мономеров и полимеров учеб. пособие.pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 09.04.2024

Просмотров: 192

Скачиваний: 6

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

344

Гл.

19. Фосфорорганические

соединения

 

фосфорорганические

соединения являются

эффективными

дефо­

лиантами,

т. е. веществами, вызывающими

сбрасывание

листвы

у хлопчатника и других культур. К таким соединениям относятся, например, 3,3,3-трибутилтритиофосфат (бутифос) и др.

Получение 0,0-диметил-(1-окси-2,2,2-трихлорэтил)-фосфоната (хлорофоса). Синтез хлорофоса можно осуществить в три стадии:

получение трихлоруксусного альдегида (хлораля); получение

0,0-ди-

метилового

эфира фосфористой кислоты

(диметилфосфита);

синтез

0,0-диметил-(1-окси-2,2,2-трихлорэтил)-фосфоната

(хлорофоса).

X

л о р а л ь получают

прямым

хлорированием

96%-ного

этило­

вого

спирта

газообразным

хлором:

 

 

 

 

 

 

С Н 3 - С Н 2 О Н + 4С12

- б н с Г

ССІз - СНО

 

Фактически процесс идет значительно сложнее и сопровождается рядом побочных реакций. Например, происходит частичное хлориро­ вание спирта с образованием полуацеталя дихлорацетальдегида, который затем тоже хлорируется до полуацеталя трихлорацетальдегида:

+ з С Ц

/ О С 2 г І 5

+ с 1

,ОС 2 Н 5

2 С Н 3 - С Н 2 О Н - Г І Н ? Р

С Н С 1 2 - С Н <

- т ^ т -

СС1 3 - СН<

 

\ О Н

 

Ч ) Н

Скорость поглощения хлора этиловым спиртом падает по мере того, как процесс углубляется, а к концу процесса хлор поглощается с трудом. Поэтому с целью снижения времени реакции и расхода хлора целесообразно проводить хлорирование непрерывно.

Образующиеся полуацетали можно разрушить водой или паром; при этом получается нестабильный хлоральгидрат:

/ О С 2 Н 5

 

.ОН

С С 1 3 - С Н <

+ Н 2 0 — > - С С ] 3 - С Н <

+ C 2 H 5 Q H

х О Н

 

Ч ) Н

В этой реакции следует избегать избытка пара, так как в таком случае выход хлораля уменьшается за счет усиления реакций окис­ ления полуацеталей хлорацетальдегидов до соответствующих хлоруксусных кислот и хлорноватистой кислоты. Пар следует подавать из расчета 14 кг на 100 л 96%-ного спирта.

При хлорировании этилового спирта наблюдаются и другие по­ бочные процессы, например при неполном хлорировании образуется дихлорацетальдегид

С Н 3 - С Н 2 О Н + ЗС12 _ 4 н с Г СНС12 —СНО

а выделяющийся хлористый водород взаимодействует со спиртом, образуя хлористый этил:

НС1 + С 2 Н 5 О Н г й ^ - * С2 Н5 С1


Фосфор органические

соединения

345

Таким образом, хлораль-сырец, получаемый хлорированием эти­ лового спирта, обычно имеет все эти примеси. Для получения чистого продукта хлораль-сырец следует перегонять над концентрированной (—92%-ной) серной кислотой, так как она разлагает хлоральгидрат и полуацеталь трихлорацетальдегида

 

С С 1 3 - С Н <

.ОН

H ' S ; N C C I 3 - C H O

 

Ч)Н

 

4

- Н 2 О

с с і 3 — с н /

О С 2 Н 5

 

 

" + H 2 S 0 4

 

> C C 1 3 - C H 0 + H 2 0 + C 2 H 5 0 S 0 2 0 H

чш

иобугливает остальные органические примеси. Образующаяся этил-

серная кислота под действием воды превращается в серную кислоту и этиловый спирт:

C 2 H 5 O S 0 2 O H + H 2 0 —-> H 2 S 0 4 + C 2 H 5 O H

При перегонке хлораля-сырца над концентрированной серной кислотой выделяют две фракции. Первая фракция, отгоняемая до температуры 92 °С в парах, представляет собой смесь продуктов не­ полного хлорирования, хлораля и хлористого водорода (последний —

вбольшом количестве); эту фракцию возвращают на повторную раз­ гонку. Вторая фракция, отгоняемая в интервале 92—110 °С, содержит

восновном хлораль (т. кип. 97 °С) и поступает на производство хлоро­ фоса.

Д и м е т и л ф о с ф и т

получают взаимодействием метилового

спирта с треххлористым фосфором:

 

 

СНзОч

З С Н 3 О Н + Р С ] 3

У

> Р О Н + С Н 3 С 1 + 2НС1

 

 

С Н з О /

Синтез х л о р о ф о с а

 

осуществляют реакцией диметилфосфита

с хлоралем:

 

 

 

 

 

СН3 Оч

 

- С Н О — У

СН3 Оч

 

 

> Р О Н + С С 1

3

> Р - С Н - С С 1

3

С Н 3 О /

 

 

С Н а 0 / | |

I

 

 

 

 

О

ОН

 

Исходное сырье: этиловый спирт (абсолютированный, 96%-ный), хлор (не более 0,6% водорода) *, серная кислота (не менее 92,5% моногидрата), треххлористый фосфор (df = 1,575—1,585) и метило­ вый спирт (т. кип. 64-65 °С; df = 0,791-0,793).

Производство хлорофоса состоит из трех основных стадий: син­ теза хлораля и его разгонки; синтеза диметилфосфита и дистилляции диметилфосфита-сырца; синтеза хлорофоса и отпаривания побочных продуктов и непрореагировавших веществ.

* Хлор, применяемый в производстве хлораля, должен быть свободным от примесей, так как они замедляют хлорирование спирта, а при содержании и р и м е с е й ~ 1 5 % реакция практически не идет.


346

 

Гл.

19.

Фосфорорганические

соединения

 

 

 

 

Принципиальная

технологическая

схема

п р о и з в о д с т в а

X л о р а л я

приведена

на рис. 129. Хлораль получают в

агрегатах

непрерывного

действия,

состоящих

из

барботажной

колонны

1

и форхлоратора 2

(для предварительного

хлорирования

этилового

Отходящие

газы

 

спирта).

Форхл оратор пред­

 

ставляет

собой

стальной

ап­

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

парат, футерованный изнутри

 

 

 

 

Гізы на

кислотоупорными

плитками.

 

 

 

 

очистпу

Барботажная

колонна,

по

 

 

 

 

 

объему более чем вдвое пре­

 

 

 

 

 

вышающая форхлоратор, фу­

 

 

 

 

 

терована

 

изнутри

двумя

 

 

 

 

 

слоями

диабазовой

плитки,

 

 

 

 

 

заполнена

кольцами

Рашига

 

 

 

 

 

и

снабжена

охлаждающей

 

 

 

 

 

рубашкой.

Этиловый

спирт

 

 

 

 

 

 

H2 SO4

 

 

вода

 

 

 

 

Хлором

Рис. 129. Схема производства хлораля:

Рис. 130. Схема

разгонки хло-

1 — б а р б о т а ж н а я к о л о н н а ; 2 — ф о р х л о р а т о р ; 3,

раля-сырца:

 

 

•5 — г р а ф и т о в ы е х о л о д и л ь н и к и ; 4 — с е п а р а т о р ы .

1 — м е р н и к ; 2 — х о л о д и л ь н и к ; 3 —

 

о т г о н н ы й к у б ; 4 — ф а з о р а з д е л и т е л ь ;

 

S — с к р у б б е р ; 6,7

с б о р н и к и .

подают в нижнюю часть форхлоратора, а газообразный

хлор, на­

гретый до 50—80 °С, — в нижнюю часть барботажной

колонны.

В форхлораторе постоянно поддерживают температуру 55—70 °С (за счет выделяющегося при реакции тепла) и контролируют степень хлорирования спирта по плотности реакционной жидкости. Там полу­

чают слабохлорированное масло (плотность 1,15—1,25 г/см3),

кото­

рое затем направляют в колонну 1. Отходящие из форхлоратора

газы

(хлористый водород с примесями до'З объемн. % хлора, паров непрореагировавшего спирта и продуктов неполного хлорирования спирта) направляют в графитовый холодильник 5, охлаждаемый водой, где пары спирта и продуктов его неполного хлорирования конденси-


Фосфорорганические

соединения

347

руютсяичерез сепаратор 4 стекают обратно в форхлоратор. Несконденсировавшиеся газы (в основном-—хлористый водород), направ­ ляются в колонну, орошаемую водой (на схеме не показано), где по­ лучается —28%-ная соляная кислота.

Слабохлорированное масло из форхлоратора непрерывно посту­ пает под распределительную графитовую решетку в нижнюю часть барботажной колонны 1. Там при 88—92 °С происходит дальнейшее хлорирование спирта до достижения плотности хлорированного про-

'дукта 1,48—1,50 г/см8. При хлорировании выделяется большое коли­ чество тепла, избыток которого снимается в колонне за счет испарения образующегося в процессе реакции хлоральгидрата (его температура кипения значительно ниже по сравнению с другими компонентами реакционной смеси).

Из верхней части колонны горячая смесь газов (примерно на 80% состоящая из хлористого водорода, а на 20% — из непрореагировавшего хлора, паров этилового спирта, хлористого этила, хлораль­ гидрата и продуктов неполного хлорирования) поступает в графито­ вый холодильник 3, где охлаждается до 30—40 °С. Во избежание переохлаждения холодильника и замерзания в нем продуктов в него подают воду, подогретую до 30—40 °С. Часть продуктов конденси­ руется в холодильнике и через сепаратор (или фазоразделитель) 4 воз­ вращается в колонну 1 (на схеме не показано), а охлажденные отхо­ дящие газы (хлор, хлористый водород) возвращаются в форхлоратор.

Получаемый в результате хлорирования спирта хлораль-сырец (плотность 1,60—1,63 г/см3) из барботажной колонны через холодиль­ ник и сепаратор непрерывно поступает на разгонку (рис. 130) в куб 3, представляющий собой эмалированный аппарат с барботером для подачи азота и рубашкой. Разгонку ведут над концентрированной серной кислотой, подаваемой из мерника 1. Соотношение хлоралясырца и серной кислоты равно 1,5 : 1 (по объему). Содержимое куба перемешивают в течение 0,5 ч, подавая в куб азот (избыточное давле­ ние 0,7 am) по барботеру, а затем в рубашку куба дают пар для подо­ грева смеси. Отгоняемые из куба пары поступают в холодильник 2, охлаждаемый водой, и далее в фазоразделитель 4. Несконденсировавшиеся газы, содержащие хлористый водород, отмывают водой в скруб­ бере 5 и сбрасывают в атмосферу.

Хлораль конденсируется в фазоразделителе 4. Если плотность кон­ денсата выше 1,52 г/см3, а кислотность превышает 1,5%, конденсат возвращают в куб на повторную разгонку. При достижении плот­ ности 1,51—1,52 г/см3 и кислотности не более 1,5% хлораль прини­ мают в сборник 6. К сборнику подведен азот с целью предотвращения контакта хлораля с воздухом, так как хлораль сильно гигроскопичен и в присутствии влаги воздуха тотчас образует хлоральгидрат, выпа­ дающий в осадок. От хлораля азотом отдувают серную кислоту; отра­ ботанная кислота (75—76%-ная) подается в сборник 7 и затем может быть использована.


348

Гл.

19. Фосфорорганические

соединения

Чистый

хлоралъ

— бесцветная жидкость (т. кип. 97 °С; d" =

= 1,512) с резким запахом, сладковатая

на вкус.

С и н т е з

д и м е т и л ф о с ф и т а

осуществляют в обычном

эмалированном аппарате при непрерывном дозировании в него трех­ хлористого фосфора и метилового спирта. Реакцию ведут при 20 °С в вакууме. Выделяющееся тепло можно снимать, подавая в реакционную смесь хлористый метил, который испаряется. При получении хлоро­ фоса чистота диметилфосфита имеет большое значение: чем чище диметилфосфит, тем с большим выходом и лучшего качества получается хлорофос. Поэтому перед синтезом хлорофоса диметилфосфит-сырец отпаривают от хлористого водорода и хлористого метила в колоннах

в

глубоком вакууме с последующей дистилляцией при 130—135 °С

и

остаточном

давлении 20—40 мм рт. ст.

 

С и н т е з

х л о р о ф о с а ведут в эмалированном аппарате при

50—70 °С и перемешивании свежеперегнанных хлораля и диметил­ фосфита с последующим отпариванием побочных продуктов и непрореагировавших веществ. Хлорофос можно получать в одну ста­ дию, совмещая синтез диметилфосфита и хлорофоса:

 

СНзОч

 

 

 

ЗСН3 ОН + P C l s + С С І з — С Н О

о /

> Р — С Н - С С 1

3 + С Н 3 С 1 + 2 Н С 1

 

с н 3

II

1

 

 

 

 

О

ОН

 

При такой совмещенной схеме процесс осуществляют в среде растворителя (четыреххлористый углерод, хлорбензол) с отводом тепла.

Технический хлорофос должен удовлетворять следующим тре­ бованиям:

Содержание,

%

 

 

фосфора,

не менее . . . .

11

диметилфосфита, не

более

1

Растворимость в 100 мл

воды

10 г полностью

при 25 °С

 

растворяются

Для очистки хлорофос можно перекристаллизовывать из воды или из органического растворителя. Чистый хлорофос — кристаллическое вещество белого цвета (т. пл. 83—84 °С) с приятным запахом. Рас­ творим в спирте, бензоле и большинстве хлорированных углеводоро­ дов, хуже — в диэтиловом эфире и " четыреххлористом углероде. Его водные растворы при длительном хранении приобретают кислот­ ный характер. Стабильность хлорофоса во многом зависит от pH

среды: при

р Н > - 5 , 5

он медленно превращается в

ДДВФ —

0,0-диметил-0-(2,2-дихлорвинил)-фосфат, — находящий

все большее

применение

в сельском

хозяйстве и быту.