Материал: Изучение реакций взаимодействия ди(метилтио)нитримина с гидроксидом натрия и гидроксидом калия

Наличие непрореагировавшего S-метилтио-N-нитрокарбамата после окончания реакции свидетельствует о вовлечении гидразина в побочные реакции, поэтому при получении гидразиниевой соли 4-нитросемикарбазида необходимо брать небольшой избыток гидразина, при этом само полученное соединение не взаимодействует с гидразином-гидратом.

При взаимодействии гидразина-гидрата с натриевой солью S-метилтио-N-нитрокарбамата была получена натриевая соль 4-нитросемикарбазида, которая в УФ-спектре имеет пики с максимумами при длинах волн 255,5 нм и 209,0 нм и интенсивностями 0,723 и 0,529, соответственно. Продукт очень хорошо растворим в воде, в большей своей массе нерастворим в ацетоне, малорастворим в этаноле (при этом в этаноле растворимы окрашивающие продукт примеси).

При взаимодействии гидразина-гидрата с калиевой солью S-метилтио-N-нитрокарбамата была получена калиевая соль 4-нитросемикарбазида, которая в УФ-спектре имеет пики с максимумами при длинах волн 255,5 нм и 209,0 нм и интенсивностями 0,764 и 0,543, соответственно (при mнавески = 8,3 мг и С=1,05·10-4 моль/л).

Результаты УФ-спектроскопического исследования солей 4-нитросемикарбазида представлены в таблице 3.2.

Графики их УФ-спектров представлены на рисунках 3.7-3.9.

Таблица 3.2 - УФ-спектры солей 4-нитросемикарбазида

Рисунок 3.7 - УФ-спектр натриевой соли 4-нитросемикарбазида

Рисунок 3.8 - УФ-спектр калиевой соли 4-нитросемикарбазида

Рисунок 3.9 - УФ-спектр гидразиниевой соли 4-нитросемикарбазида

Данные ИК спектроскопии:

На рисунке 3.10 представлен график сравнения ИК-спектров калиевой соли 4-нитросемикарбазида с 1-амино-2-нитрогуанидином и калиевой солью нитромочевины.

Рисунок 3.10 - График сравнения ИК-спектров калиевой соли 4-нитросемикарбазида с 1-амино-2-нитрогуанидином и калиевой солью нитромочевины.

Как видно из графика, у калиевой соли 4-нитросемикарбазида, 1-амино-2-нитрогуанидина и калиевой соли нитромочевины схоже проявляются NO2 -группы, карбонильные группы и гидразиниевые фрагменты у соответствующих молекул.

На рисунке 3.11 представлен график сравнения ИК-спектров калиевой, натриевой и гидразиниевой солей 4-нитросемикарбазида.

Рисунок 3.11 - График сравнения ИК-спектров калиевой, натриевой и гидразиниевой солей 4-нитросемикарбазида.

Элементный анализ гидразиниевой соли 4-нитросемикарбазида:

Элементный анализ натриевой соли 4-нитросемикарбазида:

Элементный анализ калиевой соли 4-нитросемикарбазида:

Как видно из данных элементного анализа экспериментальные данные хорошо соответствуют расчетным.

.4.1 Температуры плавления полученных солей 4-нитросемикарбазида

. Гидразиниевая соль 4-нитросемикарбазида имеет температуру плавления 140-142°C, она плавится с разложением и большим выделением газа (вспениванием).

. Натриевая соль 4-нитросемикарбазида разлагается с газовыделением и последующей вспышкой при 160°C, объем при этом увеличивается в три раза. Температура разложения равна 150°С.

. Калиевая соль 4-нитросемикарбазида вспыхивает при 144°C, разложение сразу переходит во вспышку, поэтому температуры разложения нет. Продукт имеет температуру плавления 162°С.

Гидразиниевая соль 4-нитросемикарбазида на плитке закипает и разлагается без вспышки, а калиевая и натриевая соли разлагаются со вспышкой. Судя по тому, что у калиевой соли разложение перешло сразу во вспышку, можно заключить, что она наиболее чувствительна к тепловому воздействию, чем соединение натриевая соль.

Температуры плавления полученных соединений выше, чем в литературном источнике [5], где для гидразиниевой и калиевой солей 4-нитросемикарбазида одна температура плавления, равная 130°C, для соединения натриевой соли литературные данные отсутствуют.

.5 Результаты изучения реакций взаимодействия S-метилтио-N-нитрокарбамата с аммиаком

В ходе экспериментов была получена аммонийная соль S-метилтио-N-нитрокарбамата, которая в УФ-спектре имеет пик 281,0 нм с интенсивностью 0,755. Аммониевая соль S-метилтио-N-нитрокарбамата имеет те же пики, что и сам S-метилтио-N-нитрокарбамат, что указывает на то, что соединение S-метилтио-N-нитрокарбамат существует в анионной форме и катионы на УФ-спектры не влияют. Аммониевая соль S-метилтио-N-нитрокарбамата имеет Тпл=104°С, выше, чем у исходного соединения (Тпл=67°С).

Аммониевая соль S-метилтио-N-нитрокарбамата очень хорошо растворима в воде, растворима в этаноле, хуже в ацетоне, в изопропаноле растворима лучше, чем в ацетоне, но хуже, чем в этаноле.

В заключение хотелось бы сказать, что S-метилтио-N-нитрокарбамат представляет интерес не только как промежуточный продукт для синтеза новых энергоемких материалов, но и как индивидуальное вещество, в связи с тем, что весь ряд тиокарбонатов широко используется как гербицидные и фунгицидные вещества.

Выводы:

1.      В ходе реакции нуклеофильного замещения гидроксидами натрия и калия меркаптогруппы S,S′-ди(метилтио)-N-нитроимина были получены соответствующие соли S-метилтио-N-нитрокарбамата.

2.      Были впервые также получены аммониевая и гидразиниевая соли S-метилтио-N-нитрокарбамата взаимодействием свободного S-метилтио-N-нитрокарбамата с аммиаком и гидразином.

.        В результате взаимодействия S-метилтио-N-нитрокарбамата и его солей с гидразином были получены калиевая, натриевая и гидразиниевая соли 4-нитросемикарбазида. Этот способ является новым методом получения производных 4-нитросемикарбазида.

.        Строение полученных веществ подтверждено УФ- и ИК-спектроскопией, элементным анализом.

4. Безопасность и экологичность работы

Улучшение условий труда - самостоятельная и важная задача социальной политики государства. Большое внимание уделяется созданию здоровых и безопасных условий труда. Под охраной труда понимается система законодательных актов и соответствующих социально-экономических, гигиенических и организационных мероприятий, обеспечивающих безопасность, сохранение здоровья и работоспособности человека.

Охрана труда изучает производственные опасности и вредности, разрабатывает методы их предотвращения с целью устранения несчастных случаев, профессиональной заболеваемости, а также аварий и пожаров.

Главным объектом исследования является человек в процессе труда, производственная сфера и обстановка, взаимосвязь человека с оборудованием, технологическим процессом.

Совершенствование условий труда, улучшение контроля за соблюдением требований действующих норм контроля является необходимым для обеспечения безопасности работы, как на промышленных предприятиях, так и в химических лабораториях.

.1 Факторы опасности, вредности при выполнении дипломной работы

Организации безопасного труда химиков должно быть уделено особое внимание ввиду того, что работа в химических лабораториях неизбежно связана с рядом опасных и вредных факторов. Например, при работе с электрооборудованием существует фактор опасности поражения электрическим током при неправильном обращении с электроприборами. Которые представляют пожарную опасность, как в нормальном режиме работы, так и при повреждениях (короткое замыкание, воспламенение изоляции).

Опасность при работе со стеклянной посудой заключается в возможности ранения, порезов вследствие хрупкости стекла.

Также опасность существует при работе с ЛВЖ, так как они способны образовывать взрывоопасные смеси, так как при работе с ними могут быть получены ожоги кожных покровов, а также отравление парами некоторых растворителей.

Норма загрузки лаборатории для ежедневного хранения и использования ЛВЖ, ГЖ и кислот: ацетон - 2 л., гексан - 1 л., бензол - 1 л, изопропиловый спирт - 1 л, азотная кислота - 1 л, серная кислота - 1 л. Предельная норма хранения ЛВЖ, ГЖ в лаборатории - 10,0 л.

.2 Характеристика веществ, используемых в работе

Приступая к выполнению работы с химическими веществами, каждый должен ознакомиться с их токсическим действием, влиянием на организм и мерами защиты и профилактики от возможного вредного действия.

Меры индивидуальной защиты от вредных веществ должны оговариваться в инструкциях и методиках ведения работ, а также должна предусматриваться возможность замены таких веществ на менее вредные и опасные.

Таблица 4.1 - Токсикологическая характеристика веществ

Примечание: ж - жидкость.

Анализ взрыво- и пожароопасных свойств веществ и материалов, применяемых в научно - исследовательской работе, приведён в таблице 4.2.

Таблица 4.2 - Взрыво- и пожароопасные свойства веществ и материалов

4.3 Характеристика потенциальных опасностей в процессе выполнения экспериментальной части работы и методы защиты

Перед началом работы в лаборатории с целью обеспечения безопасности труда, ответственным по технологической безопасности проводится вводный инструктаж непосредственно на рабочем месте.

Соблюдались правила обращения с химической посудой, изделиями из стекла, во избежание порезов.

В процессе выполнения работы соблюдались правила техники безопасности при работе с вредными веществами. При хранении таких веществ соблюдались меры предосторожности: ЛВЖ хранились в специальных железных ящиках. Ёмкости для хранения химических веществ имели этикетки с разборчивыми надписями.

Для работы с электронагревательными приборами и электродвигателем использовался источник переменного тока напряжением 220В. Перед началом работы проверялась исправность электроприборов. Все приборы имели заземление. Для блокировки тока в лаборатории применялись общие рубильники.

Согласно действующим нормам в лаборатории при проведении экспериментальных работ, использовались средства индивидуальной защиты. Для защиты одежды при работе используются халаты. Для защиты глаз и лица используются очки и маска. Для защиты кожи рук использовались резиновые перчатки.

.4 Санитарно-гигиенические характеристики лаборатории

Помещение химической лаборатории по своему устройству и планировке должно соответствовать требованиям строительных норм и правил, а так же нормам проектирования высших учебных заведений.

Научно - исследовательская работа проводилась в лаборатории, находящейся на территории кафедры "Химической технологии органических соединений азота и экологической безопасности производств", главного учебного корпуса СибГТУ. Помещение занимает площадь 48 м², объём лаборатории составляет 168 м2 . Оборудование занимает объём помещения лаборатории 18 м². Количество рабочих мест -4. Лаборатория оснащена следующим: 4 лабораторных стола, 4 вытяжных шкафа, весы аналитические, весы технические, УФ спектрофотометр, 3 письменных стола, термостат; первичные средства пожаротушения (огнетушитель ОУ-2 и ОУ-5, песок, кошма); для оказания первой медицинской помощи - аптечка.