Синтез 2-хлор-4-нитробензойной кислоты из толуола можно осуществить в несколько этапов. Давайте разберем этот процесс шаг за шагом.

1. Нитрование толуола:

   Первый шаг заключается в нитровании толуола, чтобы ввести нитрогруппу (-NO2) в ароматическое кольцо. Для этого нам понадобится смесь азотной кислоты (HNO3) и серной кислоты (H2SO4). Процесс можно описать следующим образом:

   • Смешиваем концентрированные HNO3 и H2SO4 в соотношении 1:1.
   • Добавляем толуол к полученной смеси и нагреваем реакционную смесь до 50-60°C.
   • В результате реакции образуется 2-нитротолуол и 4-нитротолуол. Однако, из-за эффекта направляющего действия метильной группы, 2-нитротолуол будет образовываться в большем количестве.
2. Хлорирование 2-нитротолуола:

   На следующем этапе мы будем хлорировать 2-нитротолуол, чтобы ввести хлор (Cl) в позицию 4 относительно нитрогруппы. Для этого можно использовать хлор (Cl2) в присутствии катализатора, такого как железо (Fe) или алюминий (Al):

   • Добавляем 2-нитротолуол к раствору хлора с катализатором.
   • Нагреваем смесь, чтобы провести реакцию хлорирования. В результате получится 2-хлор-4-нитротолуол.
3. Окисление 2-хлор-4-нитротолуола:

   Теперь нам нужно окислить 2-хлор-4-нитротолуол, чтобы превратить метильную группу в карбоксильную (-COOH) группу и получить 2-хлор-4-нитробензойную кислоту. Для этого можно использовать сильные окислители, такие как KMnO4 (перманганат калия):

   • Проводим реакцию с KMnO4 в кислой среде (например, с H2SO4).
   • В результате реакции метильная группа окисляется до карбоксильной, и мы получаем 2-хлор-4-нитробензойную кислоту.

Таким образом, мы можем получить 2-хлор-4-нитробензойную кислоту из толуола, следуя этим шагам: нитрование, хлорирование и окисление.