Vad är nitrobensen? Detta är en organisk förening som är en aromatisk kärna och en nitrogrupp fäst till den. Till utseendet, beroende på temperaturen, är de ljusgula kristaller eller en oljig vätska. Har en mandeldoft. Giftigt.
Strukturformel för nitrobensen
Nitrogruppen är en mycket stark elektrondensitetsacceptor. Därför har nitrobensenmolekylen en negativ induktiv och negativ mesomerisk effekt. Nitrogruppen attraherar ganska starkt elektrontätheten hos den aromatiska kärnan och deaktiverar den. Elektrofila reagenser attraheras inte längre till kärnan så starkt, och därför är nitrobensen inte så aktivt involverat i sådana reaktioner. För att direkt tillsätta ytterligare en nitrogrupp till nitrobensen krävs mycket hårda förhållanden, mycket strängare än vid syntes av mononitrobensen. Detsamma gäller halogener, sulfogrupper etc.
Från strukturformeln för nitrobensen kan man se att en bindning av kväve med syre är enkel och den andra är dubbel. Men i själva verket, på grund av den mesomeriska effekten, är de båda ekvivalenta och har samma längd på 0,123 nm.
Få nitrobensen i industrin
Nitrobensen är en viktig mellanprodukt i syntesen av många ämnen. Därför produceras den i industriell skala. Det huvudsakliga sättet att få nitrobensen är nitrering av bensen. Vanligtvis används en nitreringsblandning (en blandning av koncentrerad svavelsyra och salpetersyra) för detta. Reaktionen utförs under 45 minuter vid en temperatur av ca 50°C. Utbytet av nitrobensen är 98%. Det är därför denna metod främst används inom industrin. För dess genomförande finns speciella installationer av både periodiska och kontinuerliga typer. 1995 var produktionen av nitrobensen i USA 748 000 ton per år.
Nitrering av bensen kan också utföras helt enkelt med koncentrerad salpetersyra, men i detta fall blir utbytet av produkten lägre.
Få nitrobensen i laboratoriet
Det finns ett annat sätt att få nitrobensen. Anilin (aminobensen) används här som råvara, som oxideras med peroxiföreningar. På grund av detta ersätts aminogruppen med en nitrogrupp. Men under denna reaktion bildas flera biprodukter, vilket förhindrar en effektiv användning av denna metod inom industrin. Dessutom används nitrobensen huvudsakligen för syntes av anilin, så det är ingen mening att använda anilin för produktion av nitrobensen.
Fysiska egenskaper
Nitrobensen är vid rumstemperatur en färglös oljig vätska med en bitter mandellukt. Vid en temperatur på 5,8 °C är detstelnar till gula kristaller. Nitrobensen kokar vid 211°C och antänds spontant vid 482°C. Detta ämne, nästan som alla aromatiska föreningar, är olösligt i vatten, men det är mycket lösligt i organiska föreningar, särskilt i bensen. Den kan också ångdestilleras.
elektrofil substitution
För nitrobensen, som för alla arener, är reaktioner av elektrofil substitution in i kärnan karakteristiska, även om de är något svåra jämfört med bensen på grund av påverkan av nitrogruppen. Så dinitrobensen kan erhållas från nitrobensen genom ytterligare nitrering med en blandning av salpeter- och svavelsyror vid en förhöjd temperatur. Den resulterande produkten kommer till övervägande del (93%) att bestå av meta-dinitrobensen. Det är till och med möjligt att erhålla trinitrobensen på ett direkt sätt. Men för detta är det nödvändigt att använda ännu strängare villkor, såväl som bortrifluorid.
På samma sätt kan nitrobensen sulfoneras. För att göra detta, använd ett mycket starkt svavelmedel - oleum (lösning av svaveloxid VI i svavelsyra). Temperaturen på reaktionsblandningen måste vara minst 80 °C. En annan elektrofil substitutionsreaktion är direkt halogenering. Starka Lewis-syror (aluminiumklorid, bortrifluorid, etc.) och förhöjda temperaturer används som katalysatorer.
Nukleofil substitution
Som framgår av strukturformeln kan nitrobensen reagera med starka elektrondonatorföreningar. Detta ärmöjligen på grund av nitrogruppens inflytande. Ett exempel på en sådan reaktion är interaktionen med koncentrerade eller fasta hydroxider av alkalimetaller. Men denna reaktion bildar inte natriumnitrobensen. Den kemiska formeln för nitrobensen antyder snarare tillsatsen av en hydroxylgrupp till kärnan, d.v.s. bildandet av nitrofenol. Men detta händer bara under ganska svåra förhållanden.
En liknande reaktion inträffar med organomagnesiumföreningar. Kolväteradikalen är fäst vid kärnan i orto- eller parapositionen till nitrogruppen. En sidoprocess i detta fall är reduktionen av nitrogruppen till aminogruppen. Nukleofila substitutionsreaktioner är lättare om det finns flera nitrogrupper, eftersom de drar kärnans elektrontäthet ännu starkare.
Återställningsreaktion
Som ni vet kan nitroföreningar reduceras till aminer. Nitrobensen är inget undantag, vars formel antyder möjligheten av denna reaktion. Det används ofta i industrin för syntes av anilin.
Men nitrobensen kan ge många andra återvinningsprodukter. Oftast används reduktion med atomärt väte vid tidpunkten för dess frisättning, d.v.s. en syra-metallreaktion utförs i reaktionsblandningen och det frigjorda vätet reagerar med nitrobensen. Vanligtvis producerar denna interaktion anilin.
Om nitrobensen behandlas med zinkdamm i en ammoniumkloridlösning blir reaktionsprodukten N-fenylhydroxylamin. Denna förening kan ganska enkelt reduceras till anilin på vanligt sätt, eller oxideras tillbaka till nitrobensen med ett starkt oxidationsmedel.
Reduktion kan också utföras i gasfas med molekylärt väte i närvaro av platina, palladium eller nickel. I detta fall erhålls även anilin, men det finns en möjlighet till reduktion av själva bensenringen, vilket ofta är oönskat. Ibland används också en katalysator som Raney-nickel. Det är poröst nickel, mättat med väte och innehåller 15 % aluminium.
När nitrobensen reduceras av kalium- eller natriumalkoholater, bildas azoxibensen. Använder man starkare reduktionsmedel i alkalisk miljö får man azobensen. Denna reaktion är också ganska viktig, eftersom vissa färgämnen syntetiseras med dess hjälp. Azobensen kan utsättas för ytterligare reduktion i ett alkaliskt medium för att bilda hydrazobensen.
Initi alt utfördes reduktionen av nitrobensen med ammoniumsulfid. Denna metod föreslogs 1842 av N. N. Zinin, så reaktionen bär hans namn. Men för närvarande används den sällan i praktiken på grund av den låga avkastningen.
Application
Nitrobensen i sig används mycket sällan, endast som ett selektivt lösningsmedel (till exempel för cellulosaetrar) eller ett milt oxidationsmedel. Det läggs ibland till metallpoleringslösningar.
Nästan all producerad nitrobensen används för syntes av andra användbara ämnen (till exempel anilin), som i sin tur,används för syntes av droger, färgämnen, polymerer, sprängämnen, etc.
Fara
På grund av dess fysikaliska och kemiska egenskaper är nitrobensen en mycket farlig förening. Den har en hälsorisknivå tre av fyra enligt NFPA 704. Förutom att den andas in eller genom slemhinnor absorberas den även genom huden. När en person förgiftas av en stor koncentration av nitrobensen kan en person förlora medvetandet och dö. Vid låga koncentrationer inkluderar symtom på förgiftning sjukdomskänsla, yrsel, tinnitus, illamående och kräkningar. En egenskap hos nitrobensenförgiftning är den höga infektionsfrekvensen. Symtom uppträder mycket snabbt: reflexer störs, blodet blir mörkbrunt på grund av bildandet av methemoglobin i det. Ibland kan det bli utslag på huden. Den koncentration som är tillräcklig för administrering är mycket låg, även om det inte finns några exakta uppgifter om den dödliga dosen. Information finns ofta i specialiserad litteratur att 1-2 droppar nitrobensen är tillräckligt för att döda en person.
Behandling
I händelse av nitrobensenförgiftning måste offret omedelbart avlägsnas från det giftiga området och göra sig av med förorenade kläder. Kroppen tvättas med varmt tvålvatten för att avlägsna nitrobensen från huden. Var 15:e minut inhaleras offret med karbogen. För mild förgiftning bör cystamin, pyridoxin eller liponsyra tas. I svårare fall rekommenderas intravenös metylenblått eller kromosmon. Påförgiftning med nitrobeznol genom munnen, är det nödvändigt att omedelbart framkalla kräkningar och skölja magen med varmt vatten. Det är kontraindicerat att ta något fett, inklusive mjölk.
