Ammonolisi: approfondimenti sui processi cinetici e termodinamici
L’ammonolisi è una reazione di sintesi che porta alla formazione dell’anilina (C6H5NH2) a partire dal clorobenzene e ammoniaca. Questo tipo di reazione è nota come sostituzione nucleofila aromatica, nella quale una specie nucleofila si lega al carbonio aromatico espellendo un sostituente già presente. Queste sostituzioni sono particolarmente favorevoli quando nell’anello aromatico sono presenti gruppi attivanti.
Uno dei punti chiave di questa reazione riguarda la variazione di entalpia, che è pari a ΔH°298 = – 3.4 kcal/mol, e variazione di energia libera ΔG°298 = – 2.87 kcal/mol. Tale dinamica indica che la reazione è lievemente esotermica e relativamente favorita a temperature moderate. Le reazioni nucleofile, come l’amminazione di cloroderivati aromatici, sono notevolmente favoriti quando l’atomo di cloro è attivato da gruppi elettronattrattori nelle posizioni orto e/o para.
La termodinamica della reazione e l’effetto attivante di gruppi come il nitrogruppo sul clorobenzene sono processi di estrema importanza da considerare nelle sintesi industriali di intermedi per coloranti. L’amminazione del clorobenzene viene comunemente eseguita in fase liquida, impiegando ammoniaca in soluzione acquosa e in presenza di ossido di rame (I).
Per quanto riguarda la cinetica della reazione, i fattori che influenzano la velocità e la selettività dell’amminolisi includono l’agitazione, la temperatura e il rapporto molare clorobenzene/ammoniaca. È importante notare che l’ammonolisi è molto lenta al di sotto dei 160°C e procede rapidamente a 210°C, con una temperatura ottimale compresa tra 190 e 210°C. La reazione è condotta in autoclavi provviste di agitazione, in sistemi continui o discontinui, o in reattori tubolari.
Dopo il processo, la fase organica contenente principalmente anilina è separata dalla fase acquosa ammoniacale. Per recuperare l’anilina e altri prodotti dalla miscela di reazione, la fase organica è trattata con idrossido di sodio. Successivamente, per mezzo di distillazione, si ottiene anilina con una purezza del 98-99%. L’ammonolisi riveste, quindi, una grande importanza sia dal punto di vista industriale che teorico, in quanto consente la sintesi di composti di rilevante interesse applicativo.