Cách điều chế toluen?

Câu hỏi: Cách điều chế toluen?

Lời giải:

Toluen là một trong những dung môi có tính ứng dụng rất cao, điều chế toluen thu được lợi nhuận to lớn và thu hút rất nhiều nhà đầu tư, vì thế tìm hiểu cách điều chế ra toluen rất được quan tâm và nghiên cứu. Toluen có thể điều chế trong phòng thí nghiệm và trong sản xuất công nghiệp bằng những cách như sau:

Điều chế từ benzen ra toluen, do toluen là chất thuộc dãy đồng đẳng của benzen nên có thể dễ điều chế bằng cách cho benzen tác dụng với CH₃Cl xúc tác AlCl₃ hay acid lewis tạo ra toluen và axit HCl.

Phương trình minh họa:

C₆H₆ + CH₃Cl → C₇H₈ +HCl 

Điều chế toluen còn tách được bằng cách chưng cất dầu mỏ và nhựa than đá. Chúng còn được điều chế từ ankan, hoặc xicloankan.

 Phương trình minh họa như sau:

Cho benzen tác dụng với Clo tạo ra C₆H₅Cl và axit HCl. Sau đó tiếp tục cho C₆H₅Cl mới tạo thành tác dụng với CH₃Cl và Na sẽ tạo ra toluen. 

Phương trình hóa học minh họa:

C₆H₆ + Cl₂ →  C₆H₅Cl + HCl

C₆H₅Cl + CH₃Cl + 2Na →  C₇H₈ + 2NaCl

Trong ba cách thì điều chế benzen ra toluen là phương pháp đơn giản và ngắn nhất, nhưng đòi hỏi phải có nguyên liệu là benzen, do vậy xét về mặt kinh tế thì phương pháp này không áp dụng cho sản xuất mà chủ yếu sử dụng trong nghiên cứu. Trong công nghiệp thì điều chế toluen nên chọn phương pháp chưng cất nhựa, dầu mỏ và than đá sẽ tiết kiệm và hợp lý hơn.

Cùng Top lời giải tìm hiểu chi tiết hơn về toluen và các tính chất của chúng nhé:

Toluen là gì? 

- Toluen hay còn gọi là metylbenzen hay phenylmetan là một chất lỏng trong suốt, không hòa tan trong nước. Toluen là một hydrocacbon thơm được sử dụng làm dung môi trong công nghiệp. Với công thức hóa học toluen là C₇H₈ (C₆H₅CH₃).

- Nó là một hydrocacbon thơm, có khả năng tham gia phản ứng thế ái điện tử. Vì có nhóm metyl mà độ hoạt động hóa học của Toluene trong phản ứng này lớn gấp 25 lần so với benzen. Vì vòng thơm khá bền nên cần áp suất cao khi tiến hành phản ứng hydro hóa toluen thành các loại metylcyclohexan.

- Ít hòa tan trong nước, độ hòa tan trong nước của nó ở 16 độ C là 0.047g/100ml còn ở 150 độ C là 0.04g/100ml.

- Là dung môi hòa tan rất tốt chất béo, dầu, nhựa thông, lưu huỳnh, iot, ngoài ra nó có thể tan lẫn hoàn toàn với một số dung môi hữu cơ như xeton, rượu, este

- Bản thân toluen là một dung môi dễ cháy.

Tính chất vật lý và hóa học của toluen

1. Tính chất vật lý của Toluen như thế nào? 

- Toluen là dang chất lỏng trong suốt mùi thơm nhẹ và không vị. Toluen có khả năng bay hơi lớn và dễ cháy, dễ bắt lửa.

- Toluen không tan trong cồn, ether, acetone và các dung môi hữu cơ khác, tan ít trong nước. 

- Khối lượng phân tử của Toluen là 92.14 g/mol.

- Tỷ trọng của Toluen là 0.8669 g/cm3. 

- Độ hoà tan trong nước của Toluen là 0,053 g/100 mL (20-25 °C).

- Nhiệt độ nóng chảy của Toluen là −93 độ C.

- Nhiệt độ sôi của Toluen là 110.6 độ C.

- Nhiệt độ tới hạn của Toluen là 320 độ C.

- Độ nhớt của Toluen là 0,590 cP ở 20 độ C. 

2. Tính chất hóa học của Toluen

Toluen là hợp chất thuộc dãy đồng đẳng của benzen nên nó có mùi thơm ngọt giống benzen. Và cũng vì thế nên tính chất hóa học của toluen cũng tương tự như benzen: 

- Tham gia phản ứng với brom khan cho ra brom toluen và axit HBr.

- Toluen phản ứng với khí Clo tạo thành diclometan và axit HCl.

- Phản ứng với nitro hóa tạo ra nitrotoluen và nước.

- Phản ứng cộng với H₂ tạo ra metylxiclohexan.

- Phản ứng oxy hóa với nhóm metyl.

Toluen tương đối dễ tham gia phản ứng thế, khó tham gia phản ứng cộng và bền vững với các chất oxi hóa. Đó là tính chất hóa học của toluen, còn gọi là tính thơm (tính chất hóa học đặc trưng của hidrocacbon).

3. Cách tinh chế dung môi Toluen 

Toluen có thể được tinh chế bằng cách sử dụng hợp chất như CaCl₂, CaH₂, CaSO₄, P₂O₅ hay Natri để tách nước. Ngoài ra, kỹ thuật chưng cất chân không cũng được sử dụng phổ biến. Kỹ thuật này, người ta thường sử dụng natri và benzophenon  từ tế bào hồng cầu. 

• Toluen còn nổi tiếng vì từ nó có thể điều chế TNT:      

C₇H₈ + 3HNO₃ -> C₇H₅(NO₂)₃ + H₂O (xúc tác H₂SO₄ đặc)

               C₆H₆ + Cl₂ -> C₆H₅Cl + HCl

               C₆H₅Cl + CH₃Cl + 2Na -> C₇H₈ + 2NaCl

• Cách đều chế khác:

                C₆H₆ + CH₃Cl -> C₇H₈ + HCl (xúc tác AlCl₃)

4. Dung môi Toluen dùng để làm gì?

Trong thực tiễn, toluen được biết đến như một trong 20 loại chất được sử dụng rộng rãi nhất trong đời sống con người hiện đại. Những ứng dụng đặc biệt được sử dụng phổ biến:

4.1. Hóa chất toluen sơn bề mặt

• Hóa chất toluen công nghiệp được dùng chủ yếu trong ứng dụng cần khả năng hòa tan và độ bay hơi cao nhất. một ứng dụng như thế là sản xuất nhựa tổng hợp. 
• Toluen được dùng làm chất tẩy rửa, dùng trong sơn xe hơi, xe máy, sơn các đồ đặc trong nhà.

4.2. Toluen làm keo dán

Làm chất tẩy rửa sản xuất keo dán và các sản phẩm cùng loại, dùng trong keo dán cao su, xi măng cao su vì có khả năng hòa tan tốt.

4.3. Phụ gia cho nhiên liệu

Được dùng làm chất cải thiện chỉ số octane của xăng dầu, và làm chất mang phụ gia cho nhiên liệu. Khi thêm chỉ một lượng tương đối nhỏ hóa chất toluene vào xăng dầu sẽ làm tăng đáng kể chỉ số octane của nhiên liệu.

4.4. Các ứng dụng khác

- Dùng để sản xuất thuốc nhuộm và điều chế thuốc nổ TNT.

- Trong y học.

- Sản xuất nước hoa.

- Sản xuất mực in.