Co to jest nitrobenzen? Jest to związek organiczny będący aromatycznym jądrem i przyłączoną do niego grupą nitrową. Z wyglądu, w zależności od temperatury, są to jasnożółte kryształy lub oleista ciecz. Ma migdałowy zapach. Toksyczny.
Strukturalny wzór nitrobenzenu
Grupa nitrowa jest bardzo silnym akceptorem gęstości elektronowej. Dlatego cząsteczka nitrobenzenu ma ujemny efekt indukcyjny i ujemny efekt mezomeryczny. Grupa nitrowa dość silnie przyciąga gęstość elektronową jądra aromatycznego, dezaktywując go. Odczynniki elektrofilowe nie są już tak silnie przyciągane do jądra, a zatem nitrobenzen nie jest tak aktywnie zaangażowany w takie reakcje. Aby bezpośrednio dodać kolejną grupę nitrową do nitrobenzenu, potrzebne są bardzo surowe warunki, znacznie ostrzejsze niż przy syntezie mononitrobenzenu. To samo dotyczy halogenów, grup sulfonowych itp.
Z wzoru strukturalnego nitrobenzenu wynika, że jedno wiązanie azotu z tlenem jest pojedyncze, a drugie podwójne. Ale w rzeczywistości, ze względu na efekt mezomeryczny, oba są równoważne i mają tę samą długość 0,123 nm.
Pozyskiwanie nitrobenzenu w przemyśle
Nitrobenzen jest ważnym produktem pośrednim w syntezie wielu substancji. Dlatego jest produkowany na skalę przemysłową. Głównym sposobem otrzymywania nitrobenzenu jest nitrowanie benzenu. Zwykle stosuje się do tego mieszaninę nitrującą (mieszaninę stężonego kwasu siarkowego i azotowego). Reakcję prowadzi się przez 45 minut w temperaturze około 50°C. Wydajność nitrobenzenu wynosi 98%. Dlatego ta metoda jest stosowana głównie w przemyśle. Do jego realizacji służą specjalne instalacje zarówno okresowe, jak i ciągłe. W 1995 r. produkcja nitrobenzenu w USA wyniosła 748 000 ton rocznie.
Nitrowanie benzenu można również przeprowadzić po prostu stężonym kwasem azotowym, ale w tym przypadku wydajność produktu będzie niższa.
Otrzymywanie nitrobenzenu w laboratorium
Istnieje inny sposób na uzyskanie nitrobenzenu. Jako surowiec stosuje się tu anilinę (aminobenzen), która jest utleniana związkami nadtlenowymi. Z tego powodu grupa aminowa zostaje zastąpiona grupą nitrową. Jednak podczas tej reakcji powstaje kilka produktów ubocznych, co uniemożliwia efektywne wykorzystanie tej metody w przemyśle. Co więcej, nitrobenzen jest używany głównie do syntezy aniliny, więc nie ma sensu używać aniliny do produkcji nitrobenzenu.
Właściwości fizyczne
W temperaturze pokojowej nitrobenzen jest bezbarwną oleistą cieczą o zapachu gorzkich migdałów. W temperaturze 5,8 ° C, totwardnieje w żółte kryształy. Nitrobenzen wrze w temperaturze 211°C i zapala się samorzutnie w temperaturze 482°C. Substancja ta, prawie jak każdy związek aromatyczny, jest nierozpuszczalna w wodzie, ale jest bardzo dobrze rozpuszczalna w związkach organicznych, zwłaszcza w benzenie. Może być również destylowany na parze.
Zastąpienie elektrofilowe
Dla nitrobenzenu, jak dla każdego arenu, reakcje podstawienia elektrofilowego w jądrze są charakterystyczne, chociaż są nieco trudne w porównaniu z benzenem ze względu na wpływ grupy nitrowej. Tak więc dinitrobenzen można otrzymać z nitrobenzenu przez dalsze nitrowanie mieszaniną kwasu azotowego i siarkowego w podwyższonej temperaturze. Otrzymany produkt będzie głównie (93%) składał się z meta-dinitrobenzenu. Możliwe jest nawet bezpośrednie otrzymanie trinitrobenzenu. Ale do tego konieczne jest zastosowanie jeszcze bardziej rygorystycznych warunków, a także trifluorku boru.
W ten sam sposób można sulfonować nitrobenzen. Aby to zrobić, użyj bardzo silnego środka siarkującego - oleum (roztwór tlenku siarki VI w kwasie siarkowym). Temperatura mieszaniny reakcyjnej musi wynosić co najmniej 80 °C. Inną reakcją elektrofilowego podstawienia jest bezpośrednie halogenowanie. Jako katalizatory stosowane są silne kwasy Lewisa (chlorek glinu, trifluorek boru itp.) oraz podwyższone temperatury.
Substytucja nukleofilowa
Jak widać ze wzoru strukturalnego, nitrobenzen może reagować z silnymi związkami będącymi donorami elektronów. To jestprawdopodobnie z powodu wpływu grupy nitrowej. Przykładem takiej reakcji jest oddziaływanie ze stężonymi lub stałymi wodorotlenkami metali alkalicznych. Ale ta reakcja nie tworzy nitrobenzenu sodu. Wzór chemiczny nitrobenzenu sugeruje raczej dodanie grupy hydroksylowej do rdzenia, czyli powstanie nitrofenolu. Ale dzieje się tak tylko w dość trudnych warunkach.
Podobna reakcja zachodzi w przypadku związków magnezoorganicznych. Rodnik węglowodorowy jest przyłączony do jądra w pozycji orto lub para do grupy nitrowej. Procesem ubocznym w tym przypadku jest redukcja grupy nitrowej do grupy aminowej. Reakcje podstawienia nukleofilowego są łatwiejsze, jeśli istnieje kilka grup nitrowych, ponieważ jeszcze silniej pociągają one gęstość elektronową jądra.
Reakcja odzyskiwania
Jak wiesz, związki nitro można zredukować do amin. Nitrobenzen nie jest wyjątkiem, którego wzór sugeruje możliwość tej reakcji. Jest często używany w przemyśle do syntezy aniliny.
Ale nitrobenzen może dać wiele innych produktów do odzyskiwania. Najczęściej redukcję atomowym wodorem stosuje się w momencie jego uwolnienia, tj. W mieszaninie reakcyjnej zachodzi reakcja kwas-metal, a uwolniony wodór reaguje z nitrobenzenem. Zwykle ta interakcja wytwarza anilinę.
Jeśli nitrobenzen zostanie potraktowany pyłem cynkowym w roztworze chlorku amonu, produktem reakcji będzie N-fenylohydroksyloamina. Związek ten można dość łatwo zredukować do aniliny w standardowy sposób lub utlenić z powrotem do nitrobenzenu za pomocą silnego środka utleniającego.
Redukcję można również przeprowadzić w fazie gazowej za pomocą wodoru cząsteczkowego w obecności platyny, palladu lub niklu. W tym przypadku otrzymuje się również anilinę, ale istnieje możliwość redukcji samego pierścienia benzenowego, co często jest niepożądane. Czasami stosuje się również katalizator, taki jak nikiel Raneya. Jest to porowaty nikiel, nasycony wodorem i zawierający 15% aluminium.
Gdy nitrobenzen jest redukowany przez alkoholany potasu lub sodu, powstaje azoksybenzen. Jeśli użyjesz silniejszych środków redukujących w środowisku alkalicznym, otrzymasz azobenzen. Ta reakcja jest również dość ważna, ponieważ za jej pomocą syntetyzuje się niektóre barwniki. Azobenzen można poddać dalszej redukcji w środowisku alkalicznym, tworząc hydrazobenzen.
Początkowo redukcję nitrobenzenu przeprowadzono za pomocą siarczku amonu. Metodę tę zaproponował w 1842 r. N. N. Zinin, więc reakcja nosi jego imię. Ale w tej chwili jest rzadko używany w praktyce ze względu na niską wydajność.
Aplikacja
Sam nitrobenzen jest używany bardzo rzadko, jedynie jako selektywny rozpuszczalnik (np. dla eterów celulozy) lub łagodny środek utleniający. Czasami jest dodawany do roztworów do polerowania metali.
Prawie cały wyprodukowany nitrobenzen jest wykorzystywany do syntezy innych użytecznych substancji (na przykład aniliny), które z koleiużywany do syntezy leków, barwników, polimerów, materiałów wybuchowych itp.
Niebezpieczeństwo
Ze względu na swoje właściwości fizyczne i chemiczne nitrobenzen jest bardzo niebezpiecznym związkiem. Ma poziom zagrożenia dla zdrowia trzy na cztery w ramach NFPA 704. Oprócz wdychania lub przez błony śluzowe jest również wchłaniany przez skórę. Osoba zatruta dużym stężeniem nitrobenzenu może stracić przytomność i umrzeć. W niskich stężeniach objawy zatrucia obejmują złe samopoczucie, zawroty głowy, szum w uszach, nudności i wymioty. Cechą zatrucia nitrobenzenem jest wysoki wskaźnik infekcji. Objawy pojawiają się bardzo szybko: odruchy są zaburzone, krew staje się ciemnobrązowa z powodu tworzenia się w niej methemoglobiny. Czasami na skórze mogą pojawić się wysypki. Stężenie wystarczające do podania jest bardzo niskie, chociaż nie ma dokładnych danych na temat dawki śmiertelnej. W specjalistycznej literaturze często można znaleźć informacje, że 1-2 krople nitrobenzenu wystarczą, by zabić człowieka.
Leczenie
W przypadku zatrucia nitrobenzenem, ofiara musi zostać natychmiast usunięta z obszaru toksycznego i pozbyć się skażonej odzieży. Ciało myje się ciepłą wodą z mydłem, aby usunąć nitrobenzen ze skóry. Co 15 minut ofiara jest wdychana z karbogenem. W przypadku łagodnego zatrucia należy przyjmować cystaminę, pirydoksynę lub kwas liponowy. W cięższych przypadkach zaleca się dożylne podanie błękitu metylenowego lub chromosmonu. Na zatrucie nitrobeznolem przez usta konieczne jest natychmiastowe wywołanie wymiotów i przepłukanie żołądka ciepłą wodą. Przeciwwskazane jest przyjmowanie tłuszczu, w tym mleka.
