Sunpho húa là qỳa trỡnh thay thế một hay nhiều nguyờn tử hydro trong nhõn thơm bằng nhúm suphonic - SO3H. Sản phẩm gọi là axit sunphomic hay sunphoaxit.
Trong kỹ thuật tổng hợp cỏc chất hữu cơ trung gian, sunpho húa cú ý nghĩa hàng đầu và được ứng dụng rộng rói. Một trong những ứng dụng quan trọng nhất đú là để sản xuất phenol.
Tỏc nhõn thường dựng hơn cả là axit sunphuric với những nồng độ khỏc nhau. Trong kỹ thuật thường dựng loại axit nồng độ 92-93% và monohydrat (axit sunphoric nồng độ 98-100%), Oleum loại 25 và 65% (khụng đúng rắn ở nhiệt độ thường). Ngoài ra cũn dựng một số tỏc nhõn sunpho húa khỏc như axit closunphuric.
Khi dựng tỏc nhõn axit sunphuric (H2SO4), cú thể biểu diễn phản ứng sunpho húa bằng phương trỡnh như sau.
Sunpho húa là qỳa trỡnh thuận nghịch, nước tạo thành trong qỳa trỡnh phản ứng vừa pha loóng tỏc nhõn, và phõn huỷ sunphoaxit tạo thành (phản ứng
desunpho húa). Nếu dựng oleum với hàm lượng SO3 sao cho khi bị nước phản
ứng pha loóng, nồng độ tỏc nhõn khụng thấp hơn 100%, cú thể khắc phục được bằng phản ứng thuỷ phõn đú.
1. Những điều kiện ảnh hưởng đến qỳa trỡnh sunpho húa.
Nồng độ tỏc nhõn là yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng tới qỳa trỡnh phản ứng sunpho húa . Tốc độ phản ứng sunpho húa phụ thuộc vào nồng độ tỏc nhõn sunpho húa ( H2SO4). Khi nồng độ tỏc nhõn thay đổi, tốc độ phản ứng thay đổi với mức độ lớn hơn rất nhiều so với mức độ tớnh toỏn dựa theo phương trỡnh động học bỡnh thường.
V = K.(ArH). (H2SO4)
Vớ dụ sunpho húa 1,6 naptalin di sunphoaxit, nồng độ axớt chỉ tăng 9 % mà tốc độ phản ứng tăng 39 lần.
Lượng nước tạo thành trong phản ứng sẽ pha loóng axit, tốc độ phản ứng giảm đi rừ rệt, tới một mức độ nào đú cú thể coi như dừng hẳn. Nồng độ axit sunphoric, biểu thị bằng %SO3, tại đú axit khụng cú khả năng sunpho húa tiếp tục nữa, gọi là π-sunpho húa. Giỏ trị của π-sunpho húa phụ thuộc vào cỏc hợp chất hữu cơ, nhiệt độ phản ứng và số nhúm sunpho sẽ đưa vào. Hợp chất càng dễ
Sunphu húa thỡ giỏ trị của càng thấp với cựng điều kiện phản ứng như nhau. Đối với cựng một chất khi nhiệt phản ứng độ tăng, π-sunpho húa sẽ giảm.
Axit sau khi phản ứng (thường cú nồng độ π) gọi là axit đó làm việc. Để sunpho húa hoàn toàn lượng nguyờn liệu đưa vào, chỳng ta phải tớnh được lượng tỏc nhõn cần cú, dựa vào nồng độ axxit đó làm việc (π- sunpho húa ). Chỳng ta cú cụng thức sau:quas
x = π π − − a ) 100 ( 80
x - lượng tỏc nhõn cần cú để monosụnpho húa 1kg hợp chất hữu cơ, kg. a - hàm lượng SO3 trong tỏc nhõn sunpho húa lỳc ban đầu, %.
Từ cụng thức trờn chỳng ta thấy: nếu hàm lượng SO3 trong tỏc nhõn sunpho húa ban đầu càng cao thỡ lượng tỏc nhõn cần thiết càng giảm, và sự khỏc biệt giữa a và x càng nhỏ thỡ lượng axit cần dựng càng nhiều ( và lượng axit đó làm cũng càng lớn).
Khi chọn nồng độ tỏc nhõn, cần chỳ ý tới giới hạn nồng độ tỏc nhõn. Nếu nồng độ tỏc nhõn cao qỳa thỡ sẽ xảy ra cỏc phản ứng phụ (như phản ứng tạo sunpho - polisunpho axit ..) vừa gõy lóng phớ nguyờn liệu lại làm cho sản phẩm kộm tinh khiết. Nồng độ tỏc nhõn cũn ảnh hưởng tới vị trớ của nhúm sunpho trong nhõn thơm.
* Ảnh hưởng của yếu tố nhiệt độ.
Nhiệt độ cũng ảnh hưởng rất lớn đến qỳa trỡnh sunpho húa, khụng những tới tốc độ của phản ứng mà cũn ảnh hưởng tới vị trớ của nhúm thế trong sản phẩm. Khi nhiệt độ cao qỳa giới hạn cho phộp cú thể xảy ra cỏc phản ứng phụ như oxy húa hợp chất hữu cơ, phản ứng tạo sunpho.
* Ảnh hưởng của yếu tố xỳc tỏc.
Yếu tố xỳc tỏc cũng ảnh hưởng tới vi trớ của nhúm sunpho trong sản phẩm.
2. Cỏc phản ứng phụ
Khi sunpho húa cú thể xảy ra một số phản ứng phụ, khụng tạo ra sunpho axit. Chớnh nồng độ tỏc nhõn và nhiệt độ vượt qỳa giới hạn cho phộp đó gõy nờn cỏc phản ứng này. Cỏc phản ứng phụ khụng những gõy hao tổn nguyờn liệu một cỏch vụ ớch mà cũn làm giảm độ tinh khiết của sản phẩm. Vỡ vậy cần phải khống chế cỏc điều kiện phản ứng sao cho khụng để cỏc phản ứng phụ xảy ra ớt nhất.