芳烃硝基化合物是重要的化工原料和中间体,在现代科学领域有着非常广泛的用途。传统的硝硫混酸硝化芳烃合成方法存在原子经济性差、环境污染严重等缺点。近年,新型清洁合成工艺成为国内外的研究热点。本文对新型硝化剂N2O5硝化苯、甲苯合成硝基苯和硝基甲苯的绿色工艺进行了研究,重点考察了工艺条件对反应转化率和选择性的影响,并对硝化反应动力学及硝化反应机理进行了探索研究。评价了一系列分子筛催化剂催化N2O5与苯硝化合成硝基苯的反应性能,考察了反应温度、时间、溶剂对苯硝化反应的影响,得出了最佳的工艺条件:NaY为催化剂,CH2Cl2为溶剂,温度为15℃,反应时间为4小时,原料配比为N2O5:苯:NaY=1.66:1:0.7(质量比)。在此条件下,苯的转化率和硝基苯的选择性分别为99%和100%。结合吡啶吸附红外光谱法和氨程序升温脱附法表征结果,初步得出了分子筛酸性质与其催化性能之间的关系。考察了反应温度、时间、溶剂对N2O5与甲苯非催化硝化反应合成硝基甲苯的影响,得到最佳的工艺条件:CH2Cl2为溶剂,温度为15℃,反应时间0.5小时,N2O5与甲苯的摩尔比为1.2:1。在此条件下,甲苯的转化率和硝基甲苯的选择性分别为98.6%和97.7%。研究了苯及甲苯硝化反应的动力学,建立了NaY催化N2O5与苯的硝化反应动力学方程: ,以及N2O5与甲苯的非催化硝化反应动力学方程:。探索研究了N2O5与苯及甲苯硝化反应机理,结合拉曼光谱的分析结果,以及-H、-CH3和-NO2三种取代基电子效应与相应芳烃化合物硝化反应活性的关系,推测N2O5与苯及甲苯的硝化反应符合亲电取代反应机理。