Какво е нитробензол? Това е органично съединение, което е ароматно ядро и нитро група, прикрепена към него. На външен вид, в зависимост от температурата, те са ярко жълти кристали или маслена течност. Има мирис на бадем. Токсичен.
Структурна формула на нитробензол
Нитро групата е много силен акцептор на електронна плътност. Следователно, молекулата на нитробензола има отрицателен индуктивен и отрицателен мезомерен ефект. Нитрогрупата доста силно привлича електронната плътност на ароматното ядро, дезактивирайки го. Електрофилните реагенти вече не се привличат толкова силно към ядрото и следователно нитробензенът не участва толкова активно в такива реакции. За да се добави директно друга нитрогрупа към нитробензола, са необходими много тежки условия, много по-строги, отколкото при синтеза на мононитробензол. Същото важи и за халогени, сулфо групи и др.
От структурната формула на нитробензола може да се види, че едната връзка на азота с кислорода е единична, а другата двойна. Но всъщност, поради мезомерния ефект, и двете са еквивалентни и имат еднаква дължина от 0,123 nm.
Получаване на нитробензен в индустрията
Нитробензенът е важен междинен продукт в синтеза на много вещества. Следователно, той се произвежда в промишлен мащаб. Основният начин за получаване на нитробензол е нитрирането на бензола. Обикновено за това се използва нитрираща смес (смес от концентрирана сярна и азотна киселина). Реакцията се провежда в продължение на 45 минути при температура от около 50 °С. Добивът на нитробензол е 98%. Ето защо този метод се използва главно в индустрията. За неговото изпълнение има специални инсталации както от периодичен, така и от непрекъснат тип. През 1995 г. производството на нитробензен в САЩ е 748 000 тона годишно.
Нитрирането на бензол може да се извърши и просто с концентрирана азотна киселина, но в този случай добивът на продукта ще бъде по-нисък.
Получаване на нитробензен в лабораторията
Има друг начин да получите нитробензол. Като суровина тук се използва анилин (аминобензен), който се окислява с перокси съединения. Поради това аминогрупата се заменя с нитрогрупа. Но по време на тази реакция се образуват няколко странични продукта, което пречи на ефективното използване на този метод в индустрията. Освен това, нитробензенът се използва главно за синтеза на анилин, така че няма смисъл да се използва анилин за производството на нитробензен.
Физически свойства
При стайна температура нитробензенът е безцветна маслена течност с мирис на горчив бадем. При температура от 5,8 °C тойсе втвърдява до жълти кристали. Нитробензенът кипи при 211°C и се запалва спонтанно при 482°C. Това вещество, почти като всяко ароматно съединение, е неразтворимо във вода, но е силно разтворимо в органични съединения, особено в бензол. Може също да се дестилира с пара.
Електрофилно заместване
За нитробензола, както за всеки арен, реакциите на електрофилно заместване в ядрото са характерни, въпреки че са малко трудни в сравнение с бензола поради влиянието на нитрогрупата. Така че динитробензолът може да се получи от нитробензол чрез по-нататъшно нитриране със смес от азотна и сярна киселини при повишена температура. Полученият продукт ще се състои предимно (93%) от мета-динитробензен. Възможно е дори да се получи тринитробензен по директен начин. Но за това е необходимо да се използват още по-строги условия, както и борен трифлуорид.
По същия начин нитробензолът може да бъде сулфониран. За да направите това, използвайте много силен сулфоризиращ агент - олеум (разтвор на серен оксид VI в сярна киселина). Температурата на реакционната смес трябва да бъде най-малко 80 °C. Друга реакция на електрофилно заместване е директното халогениране. Като катализатори се използват силни киселини на Люис (алуминиев хлорид, борен трифлуорид и др.) и повишени температури.
Нуклеофилно заместване
Както може да се види от структурната формула, нитробензенът може да реагира със силни електронодонорни съединения. Това евероятно поради влиянието на нитрогрупата. Пример за такава реакция е взаимодействието с концентрирани или твърди хидроксиди на алкални метали. Но тази реакция не образува натриев нитробензен. Химическата формула на нитробензола по-скоро предполага добавяне на хидроксилна група към ядрото, т.е. образуването на нитрофенол. Но това се случва само при доста тежки условия.
Подобна реакция протича с органомагнезиеви съединения. Въглеводородният радикал е прикрепен към ядрото в орто или пара позиция към нитро групата. Страничен процес в този случай е редукцията на нитрогрупата до аминогрупата. Реакциите на нуклеофилно заместване са по-лесни, ако има няколко нитро групи, тъй като те ще изтеглят електронната плътност на ядрото още по-силно.
Реакция на възстановяване
Както знаете, нитро съединенията могат да бъдат редуцирани до амини. Нитробензенът не е изключение, чиято формула предполага възможността за тази реакция. Често се използва в индустрията за синтеза на анилин.
Но нитробензолът може да даде много други продукти за възстановяване. Най-често се използва редукция с атомен водород в момента на освобождаването му, т.е. в реакционната смес се провежда киселинно-метална реакция и освободеният водород реагира с нитробензол. Обикновено това взаимодействие произвежда анилин.
Ако нитробензенът се третира с цинков прах в разтвор на амониев хлорид, реакционният продукт ще бъде N-фенилхидроксиламин. Това съединение може доста лесно да се редуцира до анилин по стандартния начин или да се окисли обратно до нитробензен със силен окислител.
Редукцията може да се извърши и в газова фаза с молекулен водород в присъствието на платина, паладий или никел. В този случай се получава и анилин, но има възможност за редукция на самия бензенов пръстен, което често е нежелателно. Понякога се използва и катализатор като никел на Рейни. Той е порест никел, наситен с водород и съдържащ 15% алуминий.
Когато нитробензенът се редуцира от калиеви или натриеви алкохолати, се образува азоксибензен. Ако използвате по-силни редуциращи агенти в алкална среда, получавате азобензен. Тази реакция също е доста важна, тъй като някои багрила се синтезират с негова помощ. Азобензенът може да бъде подложен на по-нататъшна редукция в алкална среда, за да се образува хидразобензен.
Първоначално редукцията на нитробензол се извършва с амониев сулфид. Този метод е предложен през 1842 г. от Н. Н. Зинин, така че реакцията носи неговото име. Но в момента се използва рядко на практика поради ниската доходност.
Заявление
Самият нитробензен се използва много рядко, само като селективен разтворител (например за целулозни етери) или мек окислител. Понякога се добавя към разтвори за полиране на метал.
Почти целият произведен нитробензен се използва за синтеза на други полезни вещества (например анилин), които от своя странаизползва се за синтеза на лекарства, багрила, полимери, експлозиви и др.
Опасност
Поради своите физични и химични свойства, нитробензенът е много опасно съединение. Има ниво на опасност за здравето три от четири съгласно NFPA 704. Освен че се вдишва или през лигавиците, се абсорбира и през кожата. При отравяне с голяма концентрация на нитробензен човек може да загуби съзнание и да умре. При ниски концентрации симптомите на отравяне включват неразположение, виене на свят, шум в ушите, гадене и повръщане. Характеристика на отравянето с нитробензол е високата степен на инфекция. Симптомите се появяват много бързо: рефлексите са нарушени, кръвта става тъмнокафява поради образуването на метхемоглобин в нея. Понякога може да има обриви по кожата. Концентрацията, достатъчна за приложение, е много ниска, въпреки че няма точни данни за смъртоносната доза. В специализираната литература често се среща информация, че 1-2 капки нитробензен са достатъчни, за да убият човек.
Лечение
В случай на отравяне с нитробензен жертвата трябва незабавно да бъде отстранена от токсичната зона и да се отърве от замърсеното облекло. Тялото се измива с топла сапунена вода, за да се отстрани нитробензолът от кожата. На всеки 15 минути жертвата се вдишва с карбоген. При леко отравяне трябва да се приемат цистамин, пиридоксин или липоева киселина. В по-тежки случаи се препоръчва интравенозно приложение на метиленово синьо или хромосмон. Впри отравяне с нитробезнол през устата е необходимо незабавно да се предизвика повръщане и да се изплакне стомаха с топла вода. Противопоказно е приемането на всякакви мазнини, включително мляко.
