Синтез пара-нитробензойной кислоты из толуола можно осуществить с помощью двух основных этапов: нитрования и последующей оксидативной карбоксилирования. Давайте рассмотрим этот процесс более подробно.

1. Нитрование толуола:

   На первом этапе мы будем нитровать толуол. Для этого необходимо использовать смесь концентрированной серной и азотной кислоты. Процесс нитрования происходит следующим образом:

   • Смешиваем концентрированные серную и азотную кислоты в соотношении 3:1.
   • Добавляем толуол к полученной смеси при постоянном перемешивании и контроле температуры (обычно не выше 50°C).
   • В результате реакции образуется пара-нитротолуол, так как метильная группа (–CH3) является активирующей и ориентирует нитрирование в пара-позиции по отношению к себе.
2. Оксидативная карбоксилирование пара-нитротолуола:

   На втором этапе мы преобразуем пара-нитротолуол в пара-нитробензойную кислоту. Для этого используем окисление пара-нитротолуола с помощью перманганата калия (KMnO4) или хромовой кислоты (H2Cr2O7) в кислой среде:

   • Добавляем пара-нитротолуол в раствор KMnO4 в кислой среде (например, с добавлением серной кислоты).
   • При нагревании происходит окисление метильной группы до карбоксильной (–COOH), в результате чего образуется пара-нитробензойная кислота.

Таким образом, мы получили пара-нитробензойную кислоту из толуола через два последовательных этапа: нитрование и окисление. Этот метод является достаточно распространённым в органической химии и позволяет эффективно получать необходимые производные бензольных соединений.