Nitración De Tolueno Y Nitrotolueno Para Formar TNT

NITRACIÓN DE TOLUENO Y NITROTOLUENO PARA FORMAR TNT

Milton Roth

Fecha: Marzo 28, 1972.

11 Lenape Avenue, Rockaway, N.J. 07866, USA.

RESUMEN

La invención provee un nuevo método de recuperación y reciclaje de nitrotoluenos de desperdicio contenidos en líquidos de desecho obtenidos en la manufactura de TNT, particularmente de sistemas para filtración de vapores a partir de ácido sulfúrico concentrado usado. En el nuevo método, el nitrotolueno es eficientemente y económicamente extraído de tales líquidos con tolueno y el tolueno contenido del extracto de nitrotolueno es nitrado para producir TNT de especificación de grado militar.

PALABRAS CLAVE

Recuperación y reciclado de toluenos de la síntesis de TNT (2,4,6-trinitrotolueno) a partir de tolueno y nitrotolueno.

INTRODUCCIÓN Y FUNDAMENTOS

En la manufactura del gran explosivo 2,4,6-trinitrotolueno, usualmente referido como simplemente TNT, gran cantidad de desechos líquidos contienen isómeros di- y trinitrotolueno son generalmente producidos y tirados en arroyos. Estos líquidos se vuelven rojos por reacción fotoquímica y aumenta severamente el problema de contaminación.

El objetivo de la invención es proveer un proceso económico para el tratado de los desechos acuosos con mono-, di- y tri-nitrotolueno. Además, se vuelve un proceso aún más económico pues se puede producir TNT con los toluenos presentes en el desecho acuoso.

El método no económico es utilizando tolueno como solvente para recuperar los toluenos, sin embargo, no es el mejor solvente pues aún restan en los desechos del mismo cerca del 0.1 y 10% en peso y gradualmente decrece su capacidad de remoción teniendo que ser reemplazado por tolueno “nuevo”.

Durante el proceso de extracción de este nuevo método, una cantidad muy pequeña de tolueno se transfiere al agua de desecho debido a su insignificante solubilidad en agua. Si es necesario o se desea, el tolueno se puede eliminar a partir de tales aguas de manera adecuada, por ejemplo, por absorción con columnas de carbón activado de la que el tolueno puede ser recuperado por calentamiento convencional.

2, 4, 6-trinitrotoluenolamado o comúnmente llamado TNT, fue fabricado por primera vez por el químico alemán Joseph Wilbrand en 1863, su primer uso fue como tinte amarillo. Al ser un explosivo muy estable no se descubrió como tal hasta pasados unos años. Convertido en líquido a través de agua caliente o vapor de agua es muy fácil utilizarlo en las vainas de los proyectiles de artillería. A principios del siglo XX fue adaptado por el ejército alemán para sus proyectiles ya que estos no explotaban hasta haber penetrado el proyectil en los muros acorazados, causando de esta forma mayores daños. El trinitrotolueno fue uno de los explosivos más utilizados en la Segunda guerra mundial.

Es muy estable para ser almacenado durante largos periodos de tiempos ya que no reacciona con otros metales ni absorbe humedad y es prácticamente insoluble en el agua.

Densidad electrónica del tolueno:

El grupo Me aumenta ligeramente la densidad electrónica del anillo. Los orbitales sp3 del metilo tienen menor carácter s que los sp2 del anillo. Estos últimos son por ello ligeramente más electronegativos. El anillo retira así carga del grupo metilo y se enriquece en ella, aunque el efecto es relativamente pequeño.

Velocidad de reacción relativa al benceno:

El fenol reacciona 25 veces más rápido que el benceno. Por tanto, el grupo Me activa el anillo aromático frente a la reacción de SEAr (aunque no tanto como el OH) y rebaja la energía de activación. Por tanto, el ion bencenonio intermedio es más estable cuando está el grupo Me.

Orientación de la sustitución:

La sustitución ocurre mayoritariamente en orto-para. Se obtiene una pequeña cantidad de compuesto meta. Por consiguiente, los iones bencenonio correspondientes a los compuestos orto y para deben ser mucho menos inestables que el del meta. Las formas resonantes de cada uno de los iones nos dan la respuesta:

Sustitución en orto:

La carga positiva se deslocaliza por las posiciones orto y para respecto del carbono atacado. En la 3ª forma resonante la carga positiva recae sobre el carbono que soporta el grupo Me. En este caso el carbocatión es análogo a uno 3º que es menos inestable. En resumen, el ion bencenonio de la sustitución en orto se describe mediante tres formas resonantes, siendo una de ellas equivalente a la de un carbocatión 3º.

Sustitución en para:

La carga positiva se deslocaliza por las posiciones orto y para respecto del carbono atacado. En la 3ª forma resonante la carga positiva recae sobre el carbono que soporta el grupo Me. En este caso el carbocatión es análogo a uno 3º que es menos inestable. En resumen, el ion bencenonio de la sustitución en para se describe mediante tres formas resonantes, siendo una de ellas equivalente a la de un carbocatión 3º.

Sustitución en meta:

La carga positiva se deslocaliza por las posiciones orto y para respecto del carbono atacado. En ninguna de las formas resonantes la carga recae sobre el carbono que soporta el grupo Me. El híbrido de resonancia del ion bencenonio meta se describe también mediante tres formas resonantes pero ninguna de ellas es equivalente a un carbocatión 3º.

Mecanismo

Formación de especies reactivas:

Mononitración:

Después de la primer nitración la sustitución se da en la posición Meta con respecto al nitronio y en la posición orto con respecto al metil.

En la tercer nitración, ocurre en la posición 6.

Propiedades de 2,4,6-trinitrotolueno

Identificación del producto

Nombre 2,4,6-Trinitrotolueno

Sinónimos 2-Metil-1,3,5-trinitrotolueno/TNT

Nº CAS 118-96-7

Fórmula C6H2(CH3)(NO2)3

...