Бром: свойства и значение для здоровья, применение. Полезные свойства брома и его влияние на организм
Содержание статьи
БРОМ (Bromum, Br) – элемент 17 (VIIa) группы периодической системы, атомный номер 35, относительная атомная масса 79,904. Природный бром состоит из двух стабильных изотопов: 79 Br (50,69 ат.%) и 81 Br (49,31 ат.%), а всего известно 28 изотопов с массовыми числами от 67 до 94. В химических соединениях бром проявляет степени окисления от –1 до +7, в природе встречается исключительно в степени окисления –1.
История открытия.
Вплотную к открытию брома практически одновременно подошли сразу трое ученых, но официально признанным первооткрывателем суждено было стать только одному из них.
В 1825 молодой французский химик Антуан Жером Балар (Antoine-Jérôme Balard), работавший препаратором в Фармакологической школе при университете небольшого южного городка Монпелье, приступил к своим первым самостоятельным научным исследованиям. С древнейших времен Монпелье был знаменит своими соляными промыслами. Для добычи соли на берегу моря вырывали бассейны и заполняли их морской водой. После того, как под действием солнечных лучей вода испарялась, выпавшие кристаллы соли вычерпывали, а оставшийся маточный раствор (рапу) возвращали обратно в море.
Руководитель Балара, профессор Жозеф Англада (Joseph Anglada), поручил ему изучить химический состав сливаемого рассола и прибрежных морских водорослей. Действуя на рапу различными реактивами, Болар заметил, что при пропускании через нее хлора раствор приобретает интенсивный желтый цвет. Аналогично окрашивал хлор и щелочной экстракт золы водорослей. Вначале Балар предположил, что наблюдаемая окраска вызвана присутствием в исследуемых образцах иода, который, реагируя с хлором, и образует неизвестное вещество. Для начала он экстрагировал его последовательно эфиром и водным гидроксидом калия. Обработав полученный щелочной раствор пиролюзитом (MnO 2) в сернокислой среде, Балар выделил неприятно пахнущую красно-бурую жидкость и попробовал разделить ее на составные части. Когда все попытки не принесли результата, стало ясно, что это новый элемент. Определив плотность и температуру кипения жидкости, а также изучив ее важнейшие химические свойства, 30 ноября 1825 Балар отправил доклад о своих опытах в Парижскую академию наук. В нем, в частности, для нового элемента было предложено название «мурид» (от латинского слова «muria» – рассол).
Для проверки сообщения была назначена комиссия из трех химиков: Луи Вокелена (Louis Nicolas Vauquelin), Луи Тенара (Louis Jacques Thénard) и Жозефа Гей-Люссака . Повторив описанные эксперименты, они подтвердили выводы Балара, но название «мурид» признали неудачным, т.к. что соляная кислота называлась тогда acidum muriaticum – муриевой (от гипотетического элемента мурия), а ее соли – муриатами и употребление столь похожих названий «мурид» и «мурий» могло вызвать недоразумения. Согласно рекомендации номенклатурного комитета при академии наук новый элемент было предложено назвать бромом от греческого brwmoV – зловонный. В России название «бром» утвердилось не сразу, в течение долгого времени для элемента № 35 использовались названия «вром», «мурид», и «вромид».
Позднее выяснилось, что впервые элементарный бром получил не Балар а студент известного немецкого химика Леопольда Гмелина Карл Левиг (Carl Jacob Löwig, Leopold Gmelin), который в 1825 в Гейдельбергском университете выделил его из воды источника в Крейцнахе. Пока он приготовлял большее количество препарата для исследования, появилось сообщение Балара.
Вплотную к открытию брома подошел и знаменитый немецкий химик Юстус Любих, точно так же, как и Балар, принявший его за соединение хлора и иода.
Можно сказать, что открытие брома лежало на поверхности, и французский химик Шарль Жерар (Charles Frédéric Gerhardt) сказал даже, что «Не Балар открыл бром, а бром открыл Балара».
В природе бром почти всегда встречается вместе с хлором в виде изоморфной примеси в природных хлоридах (до 3% в сильвине KCl и карналлите KCl·MgCl 2 ·6H 2 O). Собственные минералы брома: бромаргирит AgBr, бромсильвинит KMgBr 3 ·6H 2 O и эмболит Ag(Br, Cl) – встречаются редко и промышленного значения не имеют. Они были открыты гораздо позже элементарного брома (бромаргирит – в Мексике, в 1841). Кларк (среднее содержание в земной коре) брома в земной коре составляет 2,1·10 –4 %.
Большое количество брома содержится в гидросфере Земли (около 3/4 от имеющегося в земной коре): в океанах (6,6·10 –3 %), соляных озерах, подземных рассолах и грунтовых водах. Наибольшая концентрация растворенных бромидов – около 6 мг/л – отмечена в воде Мертвого моря, а общее количество брома в нем оценивается в 1 млрд. тонн. Вместе с брызгами соленой воды соединения брома попадают в атмосферу.
Бром есть и в живых организмах. Содержание брома в живой фитомассе составляет 1,6·10 –4 %. В человеческом теле средняя концентрация брома составляет около 3,7 мг/кг, большая часть его сосредоточена в мозге, печени, крови и почках. Среди неорганических анионов, входящих в состав крови бромид-ион занимает пятое место по количеству после хлорида, гидрокарбоната, фосфата и сульфата; его концентрация в плазме крови находится в пределах 20–150 мкмоль/л. Некоторые животные, грибы и растения (прежде всего бобовые), способны накапливать бром, особенно много его в морских рыбах и водорослях.
Получение брома.
Промышленное производство брома началось в 1865 на базе Страссфуртского соляного месторождения в Германии, двумя годами позже бром стали добывать в США, в штате Вирджиния. В 1924 на борту судна «Этила» была продемонстрирована возможность добычи брома из морской воды, а в 1934 организовано промышленное производство, основанное на этом методе. В России первый бромный завод был построен в 1917 на соляном озере Сакское.
Все промышленные способы получения брома из соляных растворов основаны на его вытеснении хлором из бромидов:
MgBr 2 + Cl 2 = MgCl 2 + Br 2
При получении брома методом выдувания исходное сырье (рапу соляных озер, попутные воды нефтяных скважин, морскую воду) подкисляют серной кислотой до pH» 3,5 и обрабатывают избыточным количеством хлора. Затем рассол, содержащий растворенный бром, подают в верхнюю часть колонны, заполненной небольшими керамическими кольцами. Раствор стекает по кольцам, а навстречу ему продувают мощную струю воздуха, при этом бром переходит в газовую фазу. Бромовоздушную смесь пропускают через раствор карбоната натрия:
3Na 2 CO 3 + 3Br 2 = 5NaBr + NaBrO 3 + 3CO 2
Для выделения брома из полученной смеси бромида и бромата натрия, ее подкисляют серной кислотой:
5NaBr + NaBrO 3 + 3H 2 SO 4 = 3Na 2 SO 4 + 3Br 2 + 3H 2 O
Другие предложенные способы извлечения брома из хлорированного рассола: экстракция углеводородами или адсорбция ионообменными смолами – не получили широкого распространения.
Часть используемых в промышленности растворов бромидов (в США до 35%) отправляют на повторную переработку с целью получения дополнительных количеств брома.
Мировое производство брома (по данным на 2003) составило около 550 тыс. тонн в год, большая часть его производится в США (39,4%), Израиле (37,6%), и Китае (7,7%). Динамика производства брома в различных странах мира приведена в таблице 1.
| Табл. 1. ДИНАМИКА МИРОВОГО ПРОИЗВОДСТВА БРОМА (в тыс. тонн). | |||||
| Страна | 1999 | 2000 | 2001 | 2002 | 2003 |
| США | 239 | 228 | 212 | 222 | 216 |
| Израиль | 181 | 210 | 206 | 206 | 206 |
| Китай | 42 | 42 | 40 | 42 | 42 |
| Великобритания | 55 | 32 | 35 | 35 | 35 |
| Иордания | – | – | – | 5 | 20 |
| Япония | 20 | 20 | 20 | 20 | 20 |
| Украина | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 |
| Азербайджан | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 |
| Франция | 1,95 | 2 | 2 | 2 | 2 |
| Индия | 1,5 | 1,5 | 1,5 | 1,5 | 1,5 |
| Германия | 0,5 | 0,5 | 0,5 | 0,5 | 0,5 |
| Италия | 0,3 | 0,3 | 0,3 | 0,3 | 0,3 |
| Туркменистан | 0,15 | 0,15 | 0,15 | 0,15 | 0,15 |
| Испания | 0,1 | 0,1 | 0,1 | 0,1 | 0,1 |
| Всего в мире | 547 | 542 | 523 | 540 | 548 |
Цена элементного брома колеблется от 700 до 1000 долл. за тонну. Годовая потребность России в броме оценивается в 20–25 тыс. тонн, она удовлетворяется, в основном, за счет импорта из США и Израиля.
В лаборатории бром можно получить взаимодействием бромидов с подходящим окислителем, например перманганатом калия или диоксидом марганца, в кислой среде.
MnO 2 + 2H 2 SO 4 + 2NaBr = Br 2 + MnSO 4 + Na 2 SO 4
Выделившийся бром отделяют экстракцией неполярными растворителями или перегонкой с водяным паром.
Простое вещество.
Бром – единственный неметалл, жидкий при комнатной температуре. Элементный бром представляет собой тяжелую красно-бурую жидкость с неприятным запахом (плотность при 20° C – 3,1 г/см 3 , температура кипения +59,82° C), пары брома имеют желто-бурый цвет. При температуре –7,25° C бром затвердевает, превращаясь в красно-коричневые игольчатые кристаллы со слабым металлическим блеском.
В твердом, жидком и газообразном состоянии бром существует в виде двухатомных молекул Br 2 , заметная диссоциация на атомы начинается только при 800° C, диссоциация происходит и под действием света. Элементный бром является сильным окислителем, он непосредственно реагирует почти со всеми неметаллами (за исключением инертных газов, кислорода, азота и углерода) и многими металлами, эти реакции зачастую сопровождаются воспламенением (например, с фосфором, сурьмой, оловом):
2S + Br 2 = S 2 Br 2
2P + 3Br 2 = 2PBr 3 ; PBr 3 + Br 2 = 2PBr 5
2Al + 3Br 2 = 2AlBr 3
Ni + Br 2 = NiBr 2
Многие металлы медленно реагируют с безводным бромом из-за образования на их поверхности пленки бромида, нерастворимого в броме. Из металлов наиболее устойчивы к действию брома (даже при повышенных температурах и в присутствии влаги) серебро, свинец, платина и тантал. Золото, в отличие от платины, легко реагирует с ним, образуя AuBr 3 .
В водной среде бром окисляет нитриты до нитратов, аммиак до азота, иодиды до свободного иода, серу и сульфиты до серной кислоты:
2NH 3 + 6Br 2 = N 2 + 6HBr
3Br 2 + S + 4H 2 O = 6HBr + H 2 SO 4
Бром умеренно растворим в воде (3,58 г в 100 г при 20° C), при охлаждении этого раствора до 6° C из него выпадают гранатово-красные кристаллы клатратного гидрата брома состава 6Br 2 ·46H 2 O. Растворимость брома существенно возрастает при добавлении бромидов за счет образования прочных комплексных соединений:
KBr + Br 2 = KBr 3
В водном растворе брома («бромной воде») существует равновесие между молекулярным бромом, бромид-ионом и оксокислотами брома:
Br 2 + H 2 O = HBr + HBrO
В насыщенном растворе бром диссоциирован на 0,85%, в 0,001-молярном – на 17%.
При хранении бромной воды на свету она постепенно разлагается с выделением кислорода из-за фотолиза бромноватистой кислоты:
2HOBr + hv = 2HBr + O 2
При взаимодействии брома с растворами щелочей образуются соответствующие бромиды и гипобромиты (на холоду) или броматы:
Br 2 + 2NaOH = NaBr + NaBrO + H 2 O (при t
3Br 2 + 6NaOH = 5NaBr + NaBrO 3 + 3H 2 O
Вследствие высокой химической активности брома, для его транспортировки используются цистерны с внутренней свинцовой или никелевой обкладкой. Малые объемы брома хранят в стеклянной посуде.
Соединения брома.
Известны химические соединения брома, в которых он может проявлять степени окисления –1, 0, +1, +3, +5 и +7. Наибольший практический интерес представляют вещества, содержащие бром в степени окисления –1, к ним относятся бромоводород, а также неорганические и органические бромиды. Соединения брома в положительных степенях окисления представлены, в основном, кислородными кислотами брома и их солями; все они являются сильными окислителями.
Бромоводород HBr , представляет собой ядовитый (ПДК = 2 мг/м 3) бесцветный газ с резким запахом, дымящий на воздухе из-за взаимодействия с парами воды. При охлаждении до –67° C бромоводород переходит в жидкое состояние. HBr хорошо растворим в воде: при 0° C в одном объеме воды растворяется 612 объемов бромоводорода, в растворе HBr диссоциирует на ионы:
HBr + H 2 O = H 3 O + + Br –
Водный раствор HBr называется бромоводородной кислотой, она относится к числу сильных кислот (pK a = –9,5). В HBr бром имеет степень окисления –1 и поэтому бромоводородная кислота проявляет восстановительные свойства, она окисляется концентрированной серной кислотой и кислородом воздуха (на свету):
H 2 SO 4 + 2HBr = Br 2 + SO 2 + 2H 2 O
4HBr + O 2 = 2Br 2 + 2H 2 O
При взаимодействии с металлами, а также с оксидами и гидроксидами металлов бромоводородная кислота образует соли – бромиды :
HBr + KOH = KBr + H 2 O
В промышленности бромоводород получают прямым синтезом из элементов в присутствии катализатора (платины или активированного угля) H 2 + Br 2 = 2HBr и, в качестве побочного продукта, при бромировании органических соединений:
В лаборатории HBr может быть получен при действии концентрированной фосфорной кислоты на бромиды щелочных металлов при нагревании:
NaBr + H 3 PO 4 = NaH 2 PO 4 + HBr
Удобным лабораторным методом синтеза HBr является также взаимодействие брома с бензолом или декалином в присутствии железа:
C 10 H 18 + Br 2 = C 10 H 17 Br + HBr
Бромоводород применяется для получения бромидов и некоторых органических соединений брома.
Бромид калия KBr – бесцветное кристаллическое вещество, хорошо растворимое в воде (65 г в 100 г воды при 20° C), t пл = 730° C. Бромид калия применяется при изготовлении фотоэмульсий и в качестве противовуалирующего вещества в фотографии. KBr хорошо пропускает инфракрасные лучи и поэтому служит материалом для изготовления линз для ИК-спектроскопии.
Бромид лития LiBr , представляет собой бесцветное гигроскопичное вещество (t пл = 552° C), хорошо растворимое в воде (63,9% при 20° C). Известен кристаллогидрат LiBr·2H 2 O. Бромид лития получают при взаимодействии водных растворов карбоната лития и бромоводородной кислоты:
Li 2 CO 3 + 2HBr = 2LiBr + H 2 O + CO 2
Бромид лития применяют при лечении психических заболеваний и хронического алкоголизма. Из-за высокой гигроскопичности LiBr используется как осушающее вещество в системах кондиционирования воздуха и для обезвоживания минеральных масел.
Бромноватистая кислота HOBr относится к слабым кислотам, она существует лишь в разбавленных водных растворах, которые получают взаимодействием брома с суспензией оксида ртути:
2Br 2 + 2HgO + H 2 O = HgO·HgBr 2 Ї + 2HOBr
Соли бромноватистой кислоты называются гипобромитами , они могут быть получены взаимодействием брома с холодным раствором щелочи (см. выше ), при нагревании щелочных растворов гипобромиты диспропорционируют:
3NaBrO = 2NaBr + NaBrO 3
Степени окисления брома +3 соответствует бромистая кислота HBrO 2, которая в настоящее время не получена. Известны только ее соли – бромиты , которые можно получить окислением гипобромитов бромом в щелочной среде:
Ba(BrO) 2 + 2Br 2 + 4KOH = Ba(BrO 2) 2 + 4KBr + 2H 2 O
Бромноватая кислота HBrO 3 получена в растворах при действии разбавленной серной кислоты на растворы ее солей – броматов :
Ba(BrO 3) 2 + H 2 SO 4 = 2HBrO 3 + BaSO 4 Ї
При попытке получения растворов с концентрацией выше 30% бромноватая кислота разлагается со взрывом.
Бромноватая кислота и броматы являются сильными окислителями:
2S + 2NaBrO 3 = Na 2 SO 4 + Br 2 + SO 2 .
Бромат калия KBrO 3 – бесцветное кристаллическое вещество, растворимое в воде (в 100 г воды при 20° C растворяется 6,9 г KBrO 3 , при 100° C – 49,7 г). При нагревании до 434° C разлагается без плавления:
2KBrO 3 = 2KBr + 3O 2
Бромат калия получают электролизом растворов KBr или взаимодействием гидроксида калия с бромом и хлором:
12KOH + Br 2 + 5Cl 2 = 2KBrO 3 + 10KCl +6H 2 O
KBrO 3 применяется в аналитической химии в качестве окислителя при броматометрическом титровании, он входит в состав нейтрализаторов для химической завивки.
Наиболее устойчивой из оксокислот брома является бромная кислота HBrO 4 , которая существует в водных растворах с концентрацией, не превышающей 6 моль/л. Несмотря на то, что HBrO 4 – самый сильный окислитель среди кислородных кислот брома, окислительно-восстановительные реакции с ее участием протекают очень медленно. Так, например, бромная кислота не выделяет хлор из одномолярного раствора соляной кислоты, хотя эта реакция термодинамически выгодна. Особая устойчивость иона BrO 4 – связана с тем, что атомы кислорода, окружая атом брома по тетраэдру, эффективно защищают его от атаки восстановителя. Растворы бромной кислоты можно получить подкислением растворов ее солей – перброматов, которые, в свою очередь, синтезируют электролизом растворов броматов, а также окислением щелочных растворов броматов фтором или фторидами ксенона:
NaBrO 3 + XeF 2 + 2NaOH = NaBrO 4 + 2NaF + Xe + H 2 O
Из-за сильных окислительных свойств перброматов они были синтезированы только во второй половине 20 в. американским ученым Эваном Эпплманом (Evan H.Appelman) в 1968.
Кислородные кислоты брома и их соли могут быть использованы в качестве окислителей.
Биологическая роль и токсичность соединений брома.
Многие аспекты биологической роли брома в настоящее время еще не выяснены. В организме человека бром участвует в регуляции деятельности щитовидной железы, так как является конкурентным ингибитором иода. Некоторые исследователи полагают, что соединения брома участвуют в деятельности эозинофилов – клеток иммунной системы. Пероксидаза эозинофилов окисляет бромид-ионы до бромноватистой кислоты, которая помогает разрушать чужеродные клетки, в том числе и раковые. Недостаток брома в пище приводит к бессоннице, замедлению роста и уменьшению числа эритроцитов в крови. Ежедневное поступление брома в организм человека с пищей составляет 2–6 мг. Особенно богаты бромом рыба, злаки и орехи.
Элементный бром ядовит. Жидкий бром вызывает трудно заживающие ожоги, при попадании на кожу его нужно смыть большим количеством воды или раствора соды. Пары брома в концентрации 1мг/м 3 вызывают раздражение слизистых оболочек, кашель, головокружение и головную боль, а в более высокой (>60 мг/м 3) – удушье и смерть. При отравлении парами брома рекомендуется вдыхать аммиак. Токсичность соединений брома менее велика, тем не менее, при длительном употреблении бромсодержащих препаратов может развиться хроническое отравление – бромизм. Его симптомы – общая вялость, появление сыпи на коже, апатия, сонливость. Бромид-ионы, поступая в организм в течение длительного времени, препятствуют накоплению иода в щитовидной железе, угнетая ее деятельность. Для ускорения выведения брома из организма назначают диету с большим содержанием соли и обильное питье.
Применение брома и его соединений.
Первым известным применением соединений брома было производство пурпурного красителя. Его добывали еще во втором тысячелетии до нашей эры из моллюсков вида «мурекс», накапливающих бром из морской воды. Процесс извлечения красителя был очень трудоемок (из 8000 моллюсков можно получить всего 1 грамм пурпура) и позволить себе носить окрашенную им одежду могли только очень богатые люди. В древнем Риме носить ее могли только представители высшей власти, поэтому он получил название «королевский пурпур». Структуру действующего начала этого красителя установили только во второй половине 19 в., им оказалось соединение брома – 6,6"– диброминдиго. Бромпроизводные индиго, синтезируемые искусственно, используются для окрашивания тканей (в основном, хлопковых) и сейчас.
В 19 в. главными областями использования соединений брома были фотография и медицина.
Бромид серебра AgBr стал применяться как светочувствительный материал около 1840. Современные фотоматериалы на основе AgBr позволяют делать снимки с выдержкой 10 –7 секунды. Для изготовления фотопленки на основе бромида серебра, эта соль синтезируется в водном растворе желатина, при этом выпавшие кристаллики AgBr равномерно распределяются по всему объему раствора. После застывания желатина образуется тонкодисперсная суспензия, которую тонким слоем (толщиной от 2 до 20 мкм) равномерно наносят на поверхность носителя – прозрачной пленки, изготовленной из ацетата целлюлозы. В каждом квадратном сантиметре полученного слоя содержится несколько сот миллионов зерен бромида серебра, окруженных желатиновой пленкой. При попадании света на такую фотопленку происходит фотолитическое разложение AgBr:
AgBr + hv = Ag + Br
Протеканию в фотоэмульсии обратного процесса – окисления серебра бромом, препятствует желатина. Фотолиз приводит к образованию в микрокристаллах AgBr групп атомов серебра с размерами 10 –7 –10 –8 см, так называемых центров скрытого изображения. Для получения видимого изображения бромид серебра на засвеченных участках восстанавливают до металлического серебра. Центры скрытого изображения катализируют (ускоряют) реакцию восстановления и позволяют провести ее, практически не затронув неосвещенных кристалликов AgBr. После растворения оставшегося бромида серебра на фотопленке получается черно-белое изображение (негатив), устойчивое к действию света. Для создания позитивного изображения нужно повторить процесс, освещая (обычно) фотобумагу через пленку, на которой с негативным изображением.
Соли брома оказались очень эффективными лекарственными средствами для лечения многих нервных болезней. Знаменитый русский физиолог И.П.Павлов сказал: «Человечество должно быть счастливо тем, что располагает таким драгоценным для нервной системы препаратом, как бром». Использование KBr в медицине в качестве седативного (успокоительного) и противосудорожного средства при лечении эпилепсии началось в 1857. В то время водные растворы бромида калия и натрия были известны под общим названием «бром». В течение долгого времени механизм действия препаратов брома оставался неизвестным, считалось, что бромиды уменьшают возбудимость, действуя аналогично снотворным. Лишь в 1910 один из учеников Павлова П.М.Никифоровский экспериментально показал, что бромиды усиливают процессы торможения в центральной нервной системе. Сейчас бромиды натрия и калия практически вышли из употребления при лечении нервных заболеваний. Они были вытеснены более эффективными броморганическими препаратами.
В начале 20 в. открылась новая область применения брома. С распространением автомобилей появилась нужда в больших количествах дешевого бензина, вместе с тем существующая в то время нефтяная промышленность не могла производить требуемые объемы высокооктанового горючего. Для улучшения качества топлива – уменьшения его способности к детонации в двигателе – в 1921 американский инженер Томас Мидгли (Thomas Midgley) предложил вводить в бензин дополнительный компонент – тетраэтилсвинец (Pb(C 2 H 5) 4 , ТЭС). Эта добавка оказалась очень эффективной, но при ее использовании возникла новая проблема – отложения свинца в двигателях. Чтобы избежать их образования, ТЭС растворяют в бромуглеводородах – 1,2 -дибромэтане (BrCH 2 CH 2 Br) и этилбромиде (C 2 H 5 Br), полученная смесь получила название «этиловая жидкость» (см. ОКТАНОВОЕ ЧИСЛО). Механизм ее действия заключается в том, что при совместном сгорании бромуглеводородов и ТЭС образуются летучие бромиды свинца, которые выносятся из двигателя вместе с выхлопными газами. В середине прошлого века на производство этиловой жидкости расходовалась большая часть производимого брома – 75% в 1963. Сейчас использование этиловой жидкости не соответствует современным требованиям экологической безопасности и ее мировое производство сокращается: в России, например, доля этилированного (содержащего этиловую жидкость) бензина в общем объеме автомобильного топлива составляла в 1995 более 50%, а в 2002 – 0,4%. В России использование ТЭС запрещено с 2003, а в некоторых регионах– еще раньше (в Москве – с 1993).
Теперь основной областью использования брома является производство антипиренов (от 40% мирового потребления брома). Антипирены – вещества, защищающие материалы органического происхождения от воспламенения. Их используют для пропитки тканей, изделий из древесины и пластмасс, производства негорючих красок. В качестве антипиренов применяются, в основном, ароматические бромпроизводные: дибромстирол, тетрабромфталевый ангидрид, декабромдифенилоксид, 2,4,6-трибромфенол и другие. Бромхлорметан используется в качестве наполнителя огнетушителей, предназначенных для тушения электропроводки.
Значительная часть брома (в США – 24%) в форме бромидов кальция, натрия и цинка расходуется для изготовления буровых растворов, которые закачивают в скважины для увеличения объема добытой нефти.
До 12% брома идет на синтез пестицидов и инсектицидов, используемых в сельском хозяйстве и для защиты деревянных изделий (метилбромид).
Элементный бром и его соединения применяются в процессах водоочистки и водоподготовки. Бром иногда используют для мягкой дезинфекции воды в бассейнах при повышенной чувствительности к хлору. На эти цели расходуется 7% производимого брома.
Около 17% брома расходуется на производство фотографических материалов, фармацевтических препаратов и высококачественной резины (бромбутилкаучука).
Органические соединения брома применяют для ингаляционного наркоза (галотан – 1,1,1-трифтор-2-хлор-2-бромэтан, CF 3 CHBrCl), в качестве обезболивающих, успокоительных, антигистаминных и антибактериальных препаратов, при лечении язвенных болезней, эпилепсии, сердечно-сосудистых заболеваний. Изотоп брома с атомной массой 82 находит применение в медицине при лечении опухолей и при изучении поведения бромсодержащих препаратов в организме.
Бромбутилкаучук получают в промышленности при неполном бромировании бутилкаучука – сополимера 97–98% изобутилена CH 2 =C(CH 3) 2 и ne 2–3% изопрена CH 2 =C(CH 3)CH=CH 2 . В этом процессе происходит бромирование только изопреновых звеньев макромолекулы каучука:
–CH 2 –C(CH 3)=CH–CH 2– + Br 2 = –CH 2 –CBr(CH 3) –CHBr–CH 2 –
Введение брома в бутилкаучук существенно повышает скорость его вулканизации. Бромбутилкаучук не имеет запаха, не выделяет вредных веществ при хранении и переработке, он отличается высокой степенью совулканизации с ненасыщенными каучуками и лучшей, чем у бутилкаучука, адгезией к другим полимерам. Галогенированные бутилкаучуки используются для герметизации резиновых изделий из других полимеров (например, в производстве автомобильных шин), для изготовления теплостойких транспортных лент с высоким сопротивлением истиранию, резиновых пробок, химически стойких обкладок емкостей.
Юрий Крутяков
Литература:
Миллер В. Бром
. Л., Гос. ин-т прикладной химии. 1967
Фигуровский Н.А. Открытие элементов и происхождение их названий
. М., Наука, 1970
Популярная библиотека химических элементов
. М., Наука, 1983
Неорганическая химия
, т. 2. Под ред. Ю.Д. Третьякова. М., Академия, 2004
U.S. Geological Survey
, Mineral Commodity Summaries, January 2004
ОПРЕДЕЛЕНИЕ
Бром - тридцать пятый элемент Периодической таблицы. Обозначение - Br от латинского «bromum». Расположен в четвертом периоде, VIIA группе. Относится к неметаллам. Заряд ядра равен 35.
Подобно хлору бром находится в природе преимущественно в виде солей калия, натрия и магния. Бромиды металлов содержатся в морской воде, в некоторых озерах и подземных рассолах.
В обычных условиях бром - красно-коричневая жидкость (рис. 1), малорастворимая в воде. При охлаждении водного раствора брома выделяются кристаллогидраты кларатного типа Br 2 ×8H 2 O. Хорошо растворим в органических растворителях (спирт, бензол, эфир, сероуглерод и т.д.).
Рис. 1. Бром. Внешний вид.
Атомная и молекулярная масса брома
ОПРЕДЕЛЕНИЕ
Относительной атомной массой элемента называют отношение массы атома данного элемента к 1/12 массы атома углерода.
Относительная атомная масса безразмерна и обозначается A r (индекс «r» — начальная буква английского слова relative, что в переводе означает «относительный»). Относительная атомная масса атомарного брома равна 79,901 а.е.м.
Массы молекул, также как массы атомов выражаются в атомных единицах массы.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ
Относительной молекулярной массой вещества называют отношение массы молекулы данного вещества к 1/12 массы атома углерода, масса которого равна 12 а.е.м.
Молекулярной массой вещества называется масса молекулы, выраженная в атомных единицах массы. Известно, что молекула брома двухатомна - Br 2 . Относительная молекулярная масса молекулы водорода будет равна:
M r (Br 2) = 79,901 × 2 ≈160.
Изотопы брома
Известно, что в природе бром может находиться в виде двух стабильных изотопов 79 Br (50,56%) и 81 Br (49,44%). Их массовые числа равны 79 и 81 соответственно. Ядро атома изотопа брома 79 Br содержит тридцать пять протонов и сорок четыре нейтрона, а изотопа 81 Br - столько же протонов и сорок шесть нейтронов.
Существуют искусственные нестабильные изотопы брома с массовыми числами от 67-ми до 97-ми, а также четырнадцать изомерных состояния ядер, среди которых наиболее долгоживущим является изотоп 82 Br с периодом полураспада равным 35,282 часов.
Ионы брома
На внешнем энергетическом уровне атома брома имеется восемь электронов, которые являются валентными:
1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 5 .
В результате химического взаимодействия бром либо отдает свои валентные электроны, т.е. является их донором, и превращается в положительно заряженный ион, либо принимает электроны от другого атома, т.е. является их акцептором и превращается в отрицательно заряженный ион:
Br 0 +1e → Br 1- ;
Br 0 -1e → Br 1+ ;
Br 0 -3e → Br 3+ ;
Br 0 -5e → Br 5+ ;
Br 0 -7e → Br 7+ .
Молекула и атом брома
Молекула брома состоит из двух атомов - Br 2 . Приведем некоторые свойства, характеризующие атом и молекулу брома:
Примеры решения задач
ПРИМЕР 1
Бром? Присутствие микроэлементов в человеческом организме исчисляется весьма малыми величинами, ведь это такие вещества, которых в нашем теле менее 0,015 г. От массы органа или ткани их содержание составляет тысячные доли процента и меньше(10 -2 до 10 -7 %), поэтому их называют также следовыми элементами . Но, несмотря на столь мизерное наличие, достаточное количество этих веществ является немаловажным условием полноценного функционирования всех систем и органов. Одним из таких минералов является . О его свойствах и значении для здоровья пойдёт речь в данной статье, также будут раскрыты основные направления его применения в лечебных и профилактических целях.
Бром: История открытия
Интересна история открытия брома , остававшегося последним белым пятном среди галогенов. Параллельно его выделили из разных веществ сразу двое химиков: в 1825 году студент Гейдельбергского университета К. Левиг при воздействии хлора на минеральную воду и французский химик А. Балар , изучавший растения болот, – при реакции хлорной воды с золой водорослей. Однако пока Левиг пытался получить большее количество нового вещества, Балар уже опубликовал отчёт о своём открытии в 1826 году, обретя благодаря этому мировую известность. Полученную субстанцию Балар хотел назвать латинским словом «мурид», что означает «рассол». Однако соляная кислота именовалась муриевой, а соли, производные от неё – муриатами, и во избежание терминологической неразберихи в научном сообществе было решено назвать обнаруженный минерал бромом, что переводится с древнегреческого как «зловоние». Бром и впрямь обладает удушливым, малоприятным запахом. В русской химической науке на протяжении ХIХ столетия этот микроэлемент обозначался как вром, вромид и мурид.
Бром в оптимальной природной форме и дозировке содержится в продуктах пчеловодства — таких как цветочная пыльца, маточное молочко и трутневый расплод, которые входят в состав многих натуральных витаминно-минеральных комплексов компании «Парафарм»: «Леветон П », «Элтон П», «Леветон Форте», «Апитонус П», «Остеомед», «Остео-Вит», «Эромакс», «Мемо-Вит» и «Кардиотон». Именно поэтому мы уделяем столько внимания каждому природному веществу, рассказывая о его важности и пользе для здоровья организма.
Химические и физические
свойства брома
Рассказ о химических и физических свойствах брома предварим описанием его места в периодической таблице химических элементов Менделеева. В ней он располагается под символом Br (от лат. Bromum) под 35-м номером в 17-й группе, где находятся галогены (фтор, хлор, бром, йод и астат). Это неметаллы и активные окислители , не представленные в природе самостоятельно, а только в составе соединений, так как они отличаются высокой химической реактивностью, соединяясь практически со всеми простыми веществами. Есть всего 2 элемента, чьи простые вещества пребывают в жидком виде в нормальных условиях – это ртуть и бром, и всего один жидкий неметалл – бром, представляющий собой красно-бурую, дымящуюся коричневатым паром, ядовитую жидкость . Кристаллизуется бром только при температуре -7,25 °С, а закипает при +59 °С. Растворяется в H 2 O (получается так называемая бромная вода), но лучше – в органических растворителях.
В чистом виде бром представлен 2-атомной молекулой – Br 2 , но высокая химическая активность не позволяет ему находиться в природе в свободном состоянии, поэтому он встречается в составе бромидов (соединений с металлами). По содержанию в земных недрах и горных породах он занимает 50-е место, так что его природным источником в большей степени выступают солёные озёра и моря; подземные воды, сопровождающие нефть. Присутствует он и в воздухе, больше – в приморских местностях. Однако при производственной утечке пары брома оказывают отравляющее и удушающее действие на людей.
Свойства брома позволяют широко применять его для производства добавок к топливу, ядохимикатов в сельском хозяйстве, веществ, замедляющих горение, светочувствительного агента бромида серебра в фотоделе, лекарственных препаратов. Работа с этим микроэлементом требует предельной осторожности и соблюдения техники безопасности. Перчатки, спецодежда и противогаз – ваши лучшие союзники при общении с данным веществом.
Значение брома
для организма
человека
Чистый бром – высокотоксичное вещество! Только 3 грамма элементарного брома при попадании внутрь вызывают отравление , а 35 граммов смертельны. Соприкосновение с жидким бромом чревато болезненным, плохозаживляемым ожогом. 0,001 % брома в воздухе вызывают кашель, удушье, головокружение, кровотечение из носа, а превышение этой цифры грозит дыхательными спазмами и летальным исходом. Однако, несмотря на ядовитость, значение брома для организма человека трудно приуменьшить. Он является микроэлементом, содержащимся в наших органах и тканях: мозге, крови, печени и почках, в щитовидной железе, мышечных тканях и костях… В малых количествах он необходим нам!
Бром оказывает влияние на центральную нервную систему . Аккумулируясь в коре головного мозга, он регулирует деятельность нейронов, отвечая за баланс между реакциями возбуждения и торможения. При необходимости он посредством мембранных ферментов усиливает торможение, чем и обусловлено его успокаивающее действие.
Важен этот микроэлемент и для эндокринной системы , так как он выступает своеобразной альтернативой йода и уменьшает потребность щитовидной железы в йоде, предупреждая её разрастание – возникновение эндемического зоба.
Роль брома в работе желудочно-кишечного тракта обусловлена его активирующим действием на пищеварительные ферменты :
- пепсин (необходим для расщепления белков);
- амилазу (расщепляет углеводы);
- липазу (растворяет и сортирует жиры при переваривании).
Вопрос о влиянии брома на половую активность мужчин окутан мифами. В частности, о том, что раньше заключённым в тюрьмах, пациентам психиатрических отделений больниц и солдатам в армии в пищу добавлялся данный минерал в целях ослабления эректильной функции. Долгое время полагалось, что бром, оказывая общее успокоительное действие на организм , угнетает и сексуальную сферу. Однако позднейшие исследования доказали совсем противоположный эффект от приёма бромистых препаратов , способствующих стабилизации половой системы у мужчин, увеличению семенной жидкости и количества сперматозоидов в ней.
Бром выводится из организма с мочой и при потоотделении. Так что его поступление извне через продукты питания (а при необходимости – в фармакологических препаратах) необходимо. Однако выведение его – процесс длительный, поэтому возможно повышение его концентрации в органах и тканях, что весьма опасно для здоровья.
Как сказывается недостаток брома
на здоровье человека?
Недостаток брома может вызвать ряд серьёзных функциональных нарушений. В детском и подростковом возрасте его дефицит может привести к замедлению роста, а для взрослых людей чреват уменьшением продолжительности жизни. Проблемы с засыпанием, неврастенические и истерические проявления, анемия, вызванная падением уровня гемоглобина, увеличение риска самопроизвольного выкидыша у беременных женщин, ослабление половых функций, проблемы с пищеварением, обусловленные снижением кислотности, – всё это может быть следствием недостатка данного минерала. Причинами этого состояния являются метаболические отклонения или злоупотребление мочегонными средствами, способствующими выведению брома из организма. Диагностировать нехватку брома и назначить лечение должен обязательно специалист, а заниматься самолечением без консультаций с врачом в данном случае категорически не рекомендуется.
Передозировка бромом
Не менее опасна и передозировка бромом , возникающая исключительно в связи с употреблением фармакологических препаратов. Её характерными симптомами будут аллергические кожные высыпания, воспалительные проявления на кожных покровах, нарушения в работе желудочно-кишечного тракта, депрессия и упадок сил, проблемы со сном, заторможенность, бронхит и ринит как реакция на отравляющее действие брома. Страдает нервная система, органы восприятия (зрение и слух), ухудшаются психические процессы, когнитивные (связанные с восприятием) функции.
Переизбыток брома может привести к летальному исходу, поэтому при подозрении на передозировку следует срочно перестать употреблять бромсодержащие лекарства и обратиться к врачу для их отмены или коррекции дозы.
Приём препаратов брома
в
лечебных и профилактических целях
Изучение воздействия бромидов на здоровье человека и введение их во врачебную практику началось практически сразу после открытия брома – в 19 веке, так что приём препаратов брома – испытанное средство в клинической медицине.
Русский физиолог И. П. Павлов внёс значительный вклад в исследование влияния бромсодержащих соединений на нервную деятельность. Его эксперименты над собаками доказали эффективность брома при неврозах , причём назначаемые дозы бромидов должны соотноситься с типом высшей нервной деятельности (при сильном типе требуются более высокие дозы).
Бромиды как седативные препараты применяются при нервно-психических расстройствах, бессоннице, повышенной возбудимости, истерии и неврастении, судорогах , а вот для лечения эпилепсии почти перестали использоваться. Сегодня врачи в целом с осторожностью назначают бромиды в связи с медленным выведением из организма и опасностью развития бромизма – хронической интоксикации бромом . В силе остаётся такое показание к назначению бромсодержащих лекарств, как нарушение согласованности между корой головного мозга и органами, системами, что часто имеет место при язве желудка и двенадцатиперстной кишки, на раннем этапе развития гипертонии.
В числе распространённых препаратов, содержащих бром , – калия бромид, натрия бромид, «Адонис-бром», «Бромкамфора» и другие, как пероральные в форме порошков и растворов, так и внутривенные. Бромид натрия применим для электрофореза – при болезненных воспалительных процессах, при опоясывающем лишае. Дозировка бромидов предполагает приём по 0,1–1 грамму трижды в сутки.
Суточная потребность в броме
Для усиления кислотности желудочного сока и активации половой функции у мужчин, профилактики нервных расстройств врачи рекомендуют принимать 3–8 мг . Это суточная потребность в броме для здорового человека. Многие биологически активные добавки включают этот микроэлемент вместе с другими минералами. В среднем 1 мг поступает в наш организм вместе с пищей.
Содержание брома
в продуктах
питания
Зная, каково содержание брома в продуктах питания, можно увеличить его поступление внутрь без употребления фармакологических препаратов. Этот микроэлемент накапливается во многих растениях, забирающих его из недр и связывающих в органические нетоксичные соединения и соли.
Особенно богаты им:
- горох,
- фасоль,
- чечевица,
- различные орехи и
- зерновые культуры (ячмень, пшеница и др.).
Из морской воды вбирают его в свой состав
- ламинарии и иные водоросли,
- морская рыба.
Из каменной соли мы можем также получить некоторое количество брома. Содержится он и в молокопродуктах, макаронных и хлебных продуктах из твёрдых сортов пшеницы.
Открытие брома произошло в первой трети XIX столетия, независимо друг от друга немецкий химик Карл Якоб Лёвих в 1825 году, а француз Антуан Жером Балар - в 1826 представили миру новый химический элемент. Интересный факт - изначально Балар назвал свой элемент муридом (от латинского muria - рассол), потому что открытие своё сделал, изучая средиземноморские соляные промыслы.
Бром (от древне-греческого βρῶμος , в дословном переводе «вонючий», «зловоние», «вонючка») является элементом главной подгруппы VII группы четвёртого периода периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева (в новой классификации - элементом 17-й группы). Бром - галоген, химически активный неметалл, с атомным номером 35 и молекулярной массой 79,904. Для обозначения применяется символ Br (от латинского Bromum ).
Нахождение брома в природе
Бром - широко распространённый химический элемент, во внешней среде встречается практически везде. Особенно много брома находится в солёной воде - морей и озёр, там он имеется в виде бромида калия, бромида натрия и бромида магния. Наибольшее количество брома образуется при испарении морской воды, есть он и в некоторых горных породах, а также в растениях.
В организме человека находятся до 300 мг брома, в основном в щитовидной железе, так же бром содержит кровь, почки и гипофиз, мышцы и костная ткань.
Физические и химические свойства брома
Бром обычно представляет собой едкую тяжёлую жидкость, имеет красно-бурый цвет и резкий, очень неприятный (зловонный) запах. Является единственным из неметаллов, при комнатной температуре находящийся в жидком состоянии.
Бром (а также - пары брома)- токсичное и ядовитое вещество, при работе с ним необходимо применять средства химической защиты, потому что при попадании на кожу и слизистые человека бром образует ожоги.
Состав природного брома - два стабильных изотопа (79 Br и 81 Br), молекула брома состоит из двух атомов и имеет химическую формулу Br 2.
Суточная потребность организма в броме
Потребность здорового организма в броме - не более 0,8-1 г.
Наряду с имеющимся в организме, бром человек получает с пищевыми продуктами. Основными поставщиками брома являются орехи ( , ), бобовые ( , и ), а и макаронные изделия из , молочные продукты, водоросли и практически все виды морской рыбы.
Опасность и вред брома
Элементарный бром - сильнодействующий яд, принимать внутрь его категорически запрещено. Пары брома могут вызвать отёк лёгких, особенно у тех, кто склонен к аллергическим реакциям или имеет заболевания лёгких и дыхательных путей (очень опасны пары брома для астматиков).
Признаки избытка брома
Переизбыток данного вещества обычно бывает при передозировке препаратов брома, для людей категорически нежелательна, потому что может представлять реальную опасность для здоровья. Основные признаки избытка брома в организме - воспаления и высыпания на коже, сбои в работе пищеварительной системы, общая вялость и подавленность, постоянные бронхиты и риниты, не связанные с простудами и вирусами.
Признаки нехватки брома
Нехватка в организме брома проявляется бессонницей, замедлением роста у детей и подростков, понижением уровня гемоглобина в крови, но, не всегда эти симптому связывают именно с недостаточным количеством брома, поэтому для подтверждения подозрений, нужно посетить доктора и сдать необходимые анализы. Часто из-за нехватки брома повышается риск самопроизвольного прерывания беременности (выкидыш на разных сроках, вплоть до третьего триместра).
Полезные свойства брома и его влияние на организм
Бром (в виде бромидов) применяется при различных заболеваниях, основное его действие - седативное, поэтому препараты брома часто назначаются при нервных расстройствах и нарушениях сна. Соли брома являются эффективным средством для лечения заболеваний, вызывающих судороги (особенно эпилепсии), а также нарушений деятельности сердечно-сосудистой системы и некоторых желудочно-кишечных недугов (язвы желудка и двенадцатиперстной кишки).
Усвояемость брома
Усвояемость брома замедляют , алюминий, и , поэтому принимать препараты, содержащие соли брома нужно только после консультации с врачом.
Вопреки ничем не подтверждённым слухам (больше похожим на анекдоты), бром не оказывает угнетающего воздействия на половое влечение и потенцию мужчин. Якобы бром в виде белого порошка добавляют в еду молодым бойцам в армии, а также пациентам мужского пола в псих-диспансерах и заключённым в тюрьмах и колониях. Этому нет ни одного научного подтверждения, а слухи можно объяснить способностью брома (его препаратов) оказывать успокаивающее воздействие.
По некоторым источникам, бром способствует активизации половой функции у мужчин и увеличению как объёма эякулянта, так и количества сперматозоидов, в нём содержащихся.
Применение брома в жизни
Бром применяется не только в медицине (бромид калия и бромид натрия), но и в других областях, например в фотографии, нефтедобыче, в производстве моторного топлива. Бром используется при изготовлении боевых отравляющих веществ, что ещё раз подчёркивает необходимость осторожного обращения с данным элементом.
Российский Государственный Университет
Нефти и газа им. И.М. Губкина
Кафедра органической химии и химии нефти.
Курсовая работа по химии.
Синтез 2-бром-4-аминотолуола
(2-бром-п-толуидина).
Выполнил: студент
Гр. ХТ-01-3
Куцев А. В.
Проверил:
Келарев В. И.
Введение.
1. Теоретическая часть
Физические свойства соединения.
Химические свойства соединения.
Методы получения 3-Бром-4-Аминотолуола.
Получение.
Примечания.
2. Экспериментальная часть .
3. Список литературы.
Введение.
Органический синтез – это получение вещества заданного строения путем целенаправленного изучения структуры исходных соединений. Необходимое химику вещество обычно называют целевым продуктом. Те соединения, которые в ходе многостадийного синтеза целевого продукта получает химик, называют промежуточными. Протекающие на любой стадии синтеза нежелательные реакции называют побочными.
При получении любого органического соединения возможны два случая: необходимый препарат уже известен, для него разработаны и описаны в литературе методы получения, либо необходимое вещество не описано. В первом случае задача сводится к описанию всех известных методик синтеза и выбору оптимальной. Наиболее применимым является метод, предполагающий использование доступного сырья с наименьшими энергетическими и трудовыми затратами. Особенностью взаимодействия органических веществ является возможность протекания многочисленных побочных реакций. Образующие смеси иногда трудно разделить. Это приводит к тому, что преимущества метода получения заданного препарата может быть сведены на нет трудностью его выполнения и очистки. В этих случаях, если это возможно, предпочтительнее многостадийный синтез более сложный, но дающий возможность получить относительно чистый препарат или же смесь веществ, резко отличаются по температурам кипения или растворимости, что позволяет легко растворить его.
Теоретическая часть.
Физические свойства соединения.
3-Бром-4-аминотолуол бесцветная маслянистая жидкость с Тпл=26 0 ,Ткип=240 0 , Ткип=120-122 0 /30мм, 92-94 0 /3мм, плотностью
r 20 =1.51г/см 3 .Хорошо растворимая в органических растворителях, без запаха.
Химические свойства соединения.
3-Бром-4-аминотолуола вступает в химические превращения с участием аминогруппы и бензольного ядра.
 |
Методы получения 3-бром-4-аминотолуола.
Получение.
П-Ацетотолуидид получается кипячением в течении 2 час. 214г. технического п-толуидина с 800 мл. ледяной уксусной кислоты в 2-литровой круглодонной колбе, снабженной обратным холодильником. Затем холодильник заменяют на механическую мешалку и, перемешивая, охлаждают массу до45 0 ,причем часть продукта может выделиться в виде мелких кристаллических хлопьев. Массу хорошо перемешивают и медленно добавляют из капельной воронки 325 г. брома с такой скоростью, чтобы температура смеси держалась в пределах 50-55 0 . Во время приливания брома, которое продолжается 40 мин. Может выпасть осадок; в далльнейшем он растворяется. После того как добавлен весь бром, перемешивание продолжаем еще полчаса, а затем массу выливаем тонкой струей (примечание1) при энергично работающей мешалке в 10 л. холодной воды, в которой растворено 25 г. бисульфита натрия (примечание 2).
3-бром-4-ацетаминотолуол выделяется в виде кристаллических хлопьев. Его отсасывают, хорошо промывают водой и отжимают досуха. Прежде чем приступить к омылению (примечаие3) , сырой продукт сушат на воздухе с тем, чтобы его вес не превышал 500 г.
Частично высушенный 3-бром-4-аацетоаминотолуол кипятят в 3-литровой круглодонной колбе, с 500 мл. 95% -ного этилового спирта. К кипящему раствору добавляют 500 мл. концентрированной соляной кислоты, после чего кипячение продолжают еще 3 часа. За время выделяются кристаллы хлористоводородной соли 3-бром-4-аминотолуола. Горячую массу выливают в 2-литровый стакан и хорошо охлаждают проточной водой. Через некоторое время кристаллы отсасывают и быстро промывают охлажденным на льду спиртом (две порции по 100 мл.). Выход хлористоводородной соли составляет 250-300 г. (примечание 4).
Хлористоводородную соль суспензируют в 800 мл. воды в 2-литровом стакане с механической мешалкой. Добавлением раствора 140 г. технического едкого натра в 700 мл. воды выделяют основание в тяжелого коричневого масла. По охлаждении до комнатной температуры масло отделяют и взвешивают. Выход сырого основания: 225-250 г. (60-70% от теоритического, считая на толуидин). Сырой продукт можно непосредственно употреблять для получения м-бромтолуола.
Основание может быть очищено перегонкой с водяным паром; однако лучшим методом является перегонка в вакууме. Предварительно продукт сушат 5 г. твердого едкого натра, а затем перегоняют в вакууме. Первая порция дистиллата может содержать п-толуидин; она должна быть отделена, так как иначе она может вызвать быстрое потемнение продукта. 3- бром-4-аминотолуол получается в виде бесцветной жидкости с Ткип. 120-122 0 /30 мм, 92-94 0 /3 мм. По охлаждении он затвердевает и плавится при температуре 16-18 0 . При очистке теряется около 15%, считая от веса продукта.
Примечания.
1. Часто продукт выделяют в виде тяжелого мала. В этом случае, ради предупреждения образования крупных кусков, после смешивания с водой лишь небольшого количества реакционной массы следует внести затравку и не прибавлять дальнейших количеств реакционной массы до тех пор, пока все, что находится в воде, не закристаллизуется.
2. Если окраска, свойственная брому, не исчезнет, следует добавить большее количество бисульфита натрия.
3. Если ацетоаминотолуол не будет частично высушен перед омылением, выход хлористоводородной соли уменьшается, так как она легко растворима в воде. Для получения чистого 3-бром-4-аминотолуола сырой продукт можно перекристаллизовать из 50%-ного спирта с добавлением животного угля. Получаются почти бесцветные иглы с Тпл. =166-117 0 . Выход 360 г. (79% теоретического)
Эта очистка не нужна, если ацетаминосоединение омыляют в амин.
4. Если ацетоаминотолуол был достаточно хорошо высушен, то темный маточный раствор содержит на столько мало продукта, что его не стоит выделять.
Предложили:Дж. Р. Джонсон и Сандборн
Проверили: Ф. К. Уишмор и Грисвольд.
2.Экспериментальная часть
Получение 3-бром-4-аминотолуола.
Синтез осуществляем по методике описанной выше. Собираем прибор состоящий из круглодонной трехгорлой колбы (150 мл.), снабженной обратным холодильником, мешалки и термометра. В колбу помещаем 21.4г. п-ацетотолуидина, 80мл. ледяной уксусной кислоты. Проводим кипячение реакционной смеси в течение двух часов при постоянном перемешивании. Затем холодильник меняем на капельную воронку, охлаждаем массу до 45 0 при постоянном перемешивании. Из капельной воронки по каплям добавляем 32.5 г. брома с такой скоростью, чтобы температура смеси была 50-55 0 и время приливания брома составляло 40мин..После того как добавлен весь бром, перемешивание продолжаем еще полчаса. Затем массу выливаем тонкой струей в 1л. холодной воды, в которой растворено 2.5г. бисульфита натрия.
3-бром-4-ацетотолуол выделяется в виде кристаллических хлопьев желтого цвета. Его отсасываем, хорошо промываем водой и отжимаем досуха. Сырой продукт сушим на воздухе.
Частично высушенный 3-бром-4-ацетотолуол кипятим в круглодонной трехгорлой колбе (150мл.), снабженной обратным холодильником, мешалкой и капельной воронкой, с 50 мл. 95%-ного пропилового спирта в течение 20 мин.. Затем, охладив смесь до комнатной температуры, добавляем из капельной воронки 50 мл. конц. соляной кислоты, нагревая смесь и постоянно перемешивая. После того как добавлена вся кислота, продолжаем перемешивание, кипящей смеси, в течение 3-х часов. Горячую массу выливаем в колбу и охлаждаем при этом выпадают кристаллы белого цвета. Кристаллы отсасываем, промывая небольшим количеством охлажденным на льду спиртом.
Хлористоводородную соль суспензируем в 80 мл. воды в плоскодонной колбе (150 мл.). Добавляем раствор 14г. технического едкого натрия в 70 мл. воды. Выпадает основание в виде тяжелого коричневого масла. Раствор экстрагируем бензолом. Отделяем бензольный слой (нижний) в делительной воронке. Бензольные вытяжки сушим едким натрием.
Собираем прибор для перегонки и отгоняем бензол(80-95 0). Затем охлаждаем смесь и продолжаем перегонку уже при вакууме. Отбор продукта проводим при температуре 137-150 0 при давлении 12-15 мм..
Получено 19.7 г (53 % от теоритического)3-бром-4- аминотолуола.
Список литературы.
1.Словарь органических соединений. Том 1.Изд. иностранной литературы. Москва.1949 г. стр.102-104.
2.А.А.Петров, Х.В.Бальян, А.Т. Трощенко. Органическая химия.-5-е изд. СПб:<<Иван федоров>>.2002г. стр. 386-391.
