Ce este nitrobenzenul? Acesta este un compus organic care este un nucleu aromatic și un grup nitro atașat acestuia. În aparență, în funcție de temperatură, sunt cristale galbene strălucitoare sau un lichid uleios. Are un parfum de migdale. Toxic.
Formula structurală a nitrobenzenului
Grupul nitro este un acceptor foarte puternic de densitate de electroni. Prin urmare, molecula de nitrobenzen are un efect inductiv negativ și mezomer negativ. Grupul nitro atrage destul de puternic densitatea de electroni a nucleului aromatic, dezactivându-l. Reactivii electrofili nu mai sunt atrași de nucleu atât de puternic și, prin urmare, nitrobenzenul nu este atât de activ implicat în astfel de reacții. Pentru a adăuga direct un alt grup nitro la nitrobenzen, sunt necesare condiții foarte dure, mult mai stricte decât în sinteza mononitrobenzenului. Același lucru este valabil și pentru halogeni, grupări sulfo etc.
Din formula structurală a nitrobenzenului se poate observa că o legătură a azotului cu oxigenul este simplă, iar ceal altă este dublă. Dar, de fapt, datorită efectului mezomer, ambele sunt echivalente și au aceeași lungime de 0,123 nm.
Obținerea nitrobenzenului în industrie
Nitrobenzenul este un intermediar important în sinteza multor substanțe. Prin urmare, este produs la scară industrială. Principala modalitate de a obține nitrobenzen este nitrarea benzenului. De obicei, pentru aceasta se folosește un amestec de nitrare (un amestec de acid sulfuric și azotic concentrat). Reacția este efectuată timp de 45 de minute la o temperatură de aproximativ 50 °C. Randamentul de nitrobenzen este de 98%. De aceea această metodă este utilizată în principal în industrie. Pentru implementarea sa, există instalații speciale atât de tip periodic, cât și continuu. În 1995, producția de nitrobenzen din SUA a fost de 748.000 de tone pe an.
Nitrarea benzenului poate fi efectuată pur și simplu cu acid azotic concentrat, dar în acest caz randamentul produsului va fi mai mic.
Obținerea nitrobenzenului în laborator
Există o altă modalitate de a obține nitrobenzen. Anilina (aminobenzenul) este folosită aici ca materie primă, care este oxidată cu compuși peroxi. Din acest motiv, gruparea amino este înlocuită cu o grupare nitro. Dar în timpul acestei reacții se formează mai multe produse secundare, ceea ce împiedică utilizarea eficientă a acestei metode în industrie. În plus, nitrobenzenul este folosit în principal pentru sinteza anilinei, așa că nu are sens să folosești anilina pentru producerea nitrobenzenului.
Proprietăți fizice
La temperatura camerei, nitrobenzenul este un lichid uleios incolor cu miros de migdale amare. La o temperatură de 5,8 °C, acestase întărește în cristale galbene. Nitrobenzenul fierbe la 211°C și se aprinde spontan la 482°C. Această substanță, aproape ca orice compus aromatic, este insolubilă în apă, dar este foarte solubilă în compuși organici, în special în benzen. Poate fi și distilat cu abur.
Substituție electrofilă
Pentru nitrobenzen, ca și pentru orice arenă, reacțiile de substituție electrofilă în nucleu sunt caracteristice, deși sunt oarecum dificile în comparație cu benzenul datorită influenței grupului nitro. Deci, dinitrobenzenul poate fi obținut din nitrobenzen prin nitrare suplimentară cu un amestec de acizi azotic și sulfuric la o temperatură ridicată. Produsul rezultat va consta în principal (93%) din meta-dinitrobenzen. Este chiar posibil să se obțină trinitrobenzen în mod direct. Dar pentru aceasta este necesar să se folosească condiții și mai stricte, precum și trifluorura de bor.
În același mod, nitrobenzenul poate fi sulfonat. Pentru a face acest lucru, utilizați un agent de sulfurare foarte puternic - oleum (soluție de oxid de sulf VI în acid sulfuric). Temperatura amestecului de reacție trebuie să fie de cel puțin 80 °C. O altă reacție de substituție electrofilă este halogenarea directă. Ca catalizatori sunt utilizați acizi Lewis puternici (clorură de aluminiu, trifluorura de bor etc.) și temperaturi ridicate.
Sustituție nucleofilă
După cum se poate observa din formula structurală, nitrobenzenul poate reacționa cu compuși puternici donatori de electroni. Aceasta esteposibil datorită influenţei grupului nitro. Un exemplu de astfel de reacție este interacțiunea cu hidroxizi concentrați sau solizi ai metalelor alcaline. Dar această reacție nu formează nitrobenzen de sodiu. Formula chimică a nitrobenzenului sugerează mai degrabă adăugarea unei grupări hidroxil la miez, adică formarea nitrofenolului. Dar acest lucru se întâmplă numai în condiții destul de dure.
O reacție similară are loc cu compușii organomagneziului. Radicalul de hidrocarbură este atașat de nucleu în poziție orto sau para de gruparea nitro. Un proces secundar în acest caz este reducerea grupării nitro la gruparea amino. Reacțiile de substituție nucleofilă sunt mai ușoare dacă există mai multe grupări nitro, deoarece acestea vor trage și mai puternic densitatea de electroni a nucleului.
Reacție de recuperare
După cum știți, compușii nitro pot fi reduși la amine. Nitrobenzenul nu face excepție, a cărui formulă sugerează posibilitatea acestei reacții. Este adesea folosit în industrie pentru sinteza anilinei.
Dar nitrobenzenul poate da o mulțime de alte produse de recuperare. Cel mai adesea, reducerea cu hidrogen atomic este utilizată în momentul eliberării sale, adică se efectuează o reacție acid-metal în amestecul de reacție, iar hidrogenul eliberat reacționează cu nitrobenzen. De obicei, această interacțiune produce anilină.
Dacă nitrobenzenul este tratat cu praf de zinc într-o soluție de clorură de amoniu, produsul de reacție va fi N-fenilhidroxilamină. Acest compus poate fi redus destul de ușor la anilină în mod standard sau oxidat înapoi la nitrobenzen cu un agent oxidant puternic.
Reducerea poate fi efectuată și în fază gazoasă cu hidrogen molecular în prezență de platină, paladiu sau nichel. În acest caz, se obține și anilină, dar există o posibilitate de reducere a inelului benzenic în sine, care este adesea nedorită. Uneori se folosește și un catalizator precum nichelul Raney. Este nichel poros, saturat cu hidrogen și conține 15% aluminiu.
Când nitrobenzenul este redus de alcoolați de potasiu sau de sodiu, se formează azoxibenzen. Dacă utilizați agenți reducători mai puternici într-un mediu alcalin, obțineți azobenzen. Această reacție este, de asemenea, destul de importantă, deoarece unii coloranți sunt sintetizați cu ajutorul ei. Azobenzenul poate fi supus unei reduceri suplimentare într-un mediu alcalin pentru a forma hidrazobenzen.
Inițial, reducerea nitrobenzenului a fost efectuată cu sulfură de amoniu. Această metodă a fost propusă în 1842 de către N. N. Zinin, așa că reacția îi poartă numele. Dar în acest moment este rar folosit în practică din cauza randamentului scăzut.
Aplicație
Nitrobenzenul în sine este folosit foarte rar, doar ca solvent selectiv (de exemplu, pentru eterii de celuloză) sau ca agent de oxidare ușor. Se adaugă uneori la soluțiile de lustruire a metalelor.
Aproape tot nitrobenzenul produs este folosit pentru sinteza altor substanțe utile (de exemplu, anilina), care, la rândul lor,utilizat pentru sinteza de droguri, coloranți, polimeri, explozivi etc.
Pericol
Datorită proprietăților sale fizice și chimice, nitrobenzenul este un compus foarte periculos. Are un nivel de pericol pentru sănătate trei din patru conform NFPA 704. Pe lângă faptul că este inhalat sau prin membranele mucoase, este absorbit și prin piele. Când este otrăvită de o concentrație mare de nitrobenzen, o persoană își poate pierde cunoștința și poate muri. La concentrații scăzute, simptomele otrăvirii includ stare de rău, amețeli, tinitus, greață și vărsături. O caracteristică a otrăvirii cu nitrobenzen este rata mare de infecție. Simptomele apar foarte repede: reflexele sunt perturbate, sângele devine maro închis din cauza formării de methemoglobină în el. Uneori pot apărea erupții cutanate pe piele. Concentrația suficientă pentru administrare este foarte scăzută, deși nu există date exacte privind doza letală. Informații sunt adesea găsite în literatura de specialitate că 1-2 picături de nitrobenzen sunt suficiente pentru a ucide o persoană.
Tratament
În caz de otrăvire cu nitrobenzen, victima trebuie imediat îndepărtată din zona toxică și scăpată de îmbrăcămintea contaminată. Corpul este spălat cu apă caldă și săpun pentru a îndepărta nitrobenzenul de pe piele. La fiecare 15 minute, victima este inhalată cu carbogen. Pentru otrăviri ușoare, ar trebui luate cistamină, piridoxină sau acid lipoic. În cazurile mai severe, se recomandă administrarea intravenoasă de albastru de metilen sau cromosmon. Laotrăvirea cu nitrobeznol prin gură, este necesar să induceți imediat vărsăturile și să clătiți stomacul cu apă caldă. Este contraindicat să luați orice grăsime, inclusiv lapte.
