Kas yra nitrobenzenas? Tai organinis junginys, kuris yra aromatinis branduolys ir prie jo prijungta nitro grupė. Išvaizda, priklausomai nuo temperatūros, yra ryškiai geltoni kristalai arba riebus skystis. Turi migdolų kvapą. Toksiška.
Nitrobenzeno struktūrinė formulė
Nitro grupė yra labai stiprus elektronų tankio akceptorius. Todėl nitrobenzeno molekulė turi neigiamą indukcinį ir neigiamą mezomerinį poveikį. Nitro grupė gana stipriai pritraukia aromatinio branduolio elektronų tankį, jį deaktyvuodama. Elektrofiliniai reagentai nebėra taip stipriai pritraukiami prie branduolio, todėl nitrobenzenas ne taip aktyviai dalyvauja tokiose reakcijose. Norint tiesiogiai pridėti dar vieną nitro grupę į nitrobenzeną, reikalingos labai atšiaurios sąlygos, daug griežtesnės nei mononitrobenzeno sintezėje. Tas pats pasakytina apie halogenus, sulfo grupes ir kt.
Iš nitrobenzeno struktūrinės formulės matyti, kad vienas azoto ryšys su deguonimi yra viengubas, o kitas – dvigubas. Tačiau iš tikrųjų dėl mezomerinio efekto jie abu yra lygiaverčiai ir turi tą patį 0,123 nm ilgį.
Nitrobenzeno gavimas pramonėje
Nitrobenzenas yra svarbus tarpinis produktas daugelio medžiagų sintezėje. Todėl jis gaminamas pramoniniu mastu. Pagrindinis būdas gauti nitrobenzeną yra benzeno nitrinimas. Paprastai tam naudojamas nitrinantis mišinys (koncentruotos sieros ir azoto rūgšties mišinys). Reakcija vykdoma 45 minutes maždaug 50 °C temperatūroje. Nitrobenzeno išeiga yra 98%. Štai kodėl šis metodas daugiausia naudojamas pramonėje. Jai įgyvendinti yra specialūs periodinio ir nuolatinio tipo įrenginiai. 1995 m. JAV nitrobenzeno gamyba buvo 748 000 tonų per metus.
Benzeno nitravimas gali būti atliekamas ir tiesiog su koncentruota azoto rūgštimi, tačiau tokiu atveju produkto išeiga bus mažesnė.
Nitrobenzeno gavimas laboratorijoje
Yra ir kitas būdas gauti nitrobenzeną. Kaip žaliava čia naudojamas anilinas (aminobenzenas), kuris oksiduojamas peroksido junginiais. Dėl šios priežasties amino grupė pakeičiama nitro grupe. Tačiau šios reakcijos metu susidaro keli šalutiniai produktai, kurie neleidžia efektyviai naudoti šio metodo pramonėje. Be to, nitrobenzenas daugiausia naudojamas anilino sintezei, todėl nėra prasmės naudoti aniliną nitrobenzenui gaminti.
Fizikinės savybės
Kambario temperatūroje nitrobenzenas yra bespalvis aliejinis skystis, turintis karčiųjų migdolų kvapą. Esant 5,8 °C temperatūrai, jisukietėja į geltonus kristalus. Nitrobenzenas užverda 211°C temperatūroje, o 482°C temperatūroje savaime užsidega. Ši medžiaga, beveik kaip ir bet kuris aromatinis junginys, netirpi vandenyje, tačiau labai gerai tirpsta organiniuose junginiuose, ypač benzene. Jis taip pat gali būti distiliuojamas garais.
Elektrofilinis pakeitimas
Nitrobenzenui, kaip ir bet kuriam arenui, būdingos elektrofilinio pakeitimo į branduolį reakcijos, nors jos yra šiek tiek sudėtingos, palyginti su benzenu dėl nitro grupės įtakos. Taigi, dinitrobenzeną galima gauti iš nitrobenzeno, toliau nitrinant azoto ir sieros rūgščių mišiniu aukštesnėje temperatūroje. Gautą produktą daugiausia (93%) sudarys meta-dinitrobenzenas. Trinitrobenzeną galima gauti net tiesioginiu būdu. Tačiau tam būtina naudoti dar griežtesnes sąlygas, taip pat boro trifluoridą.
Panašiai galima sulfoninti nitrobenzeną. Tam naudokite labai stiprią sieros medžiagą – oleumą (sieros oksido VI tirpalą sieros rūgštyje). Reakcijos mišinio temperatūra turi būti ne žemesnė kaip 80 °C. Kita elektrofilinė pakeitimo reakcija yra tiesioginis halogeninimas. Kaip katalizatoriai naudojamos stiprios Lewis rūgštys (aliuminio chloridas, boro trifluoridas ir kt.) ir aukštesnė temperatūra.
Nukleofilinis pakaitalas
Kaip matyti iš struktūrinės formulės, nitrobenzenas gali reaguoti su stipriais elektronus donorais junginiais. Tai yragalbūt dėl nitro grupės įtakos. Tokios reakcijos pavyzdys yra sąveika su koncentruotais arba kietais šarminių metalų hidroksidais. Tačiau ši reakcija nesudaro natrio nitrobenzeno. Cheminė nitrobenzeno formulė veikiau rodo hidroksilo grupės pridėjimą prie šerdies, ty nitrofenolio susidarymą. Tačiau tai nutinka tik gana atšiauriomis sąlygomis.
Panaši reakcija vyksta su organiniais magnio junginiais. Angliavandenilio radikalas yra prijungtas prie branduolio orto arba para padėtyje prie nitro grupės. Šalutinis procesas šiuo atveju yra nitro grupės redukcija į amino grupę. Nukleofilinės pakeitimo reakcijos yra lengvesnės, jei yra kelios nitro grupės, nes jos dar labiau trauks branduolio elektronų tankį.
Atkūrimo reakcija
Kaip žinote, nitro junginiai gali virsti aminais. Ne išimtis ir nitrobenzenas, kurio formulė rodo šios reakcijos galimybę. Pramonėje jis dažnai naudojamas anilino sintezei.
Tačiau nitrobenzenas gali suteikti daug kitų regeneravimo produktų. Dažniausiai redukcija atominiu vandeniliu naudojamas jo išsiskyrimo metu, t.y. reakcijos mišinyje vyksta rūgšties-metalo reakcija, o išsiskyręs vandenilis reaguoja su nitrobenzenu. Paprastai dėl šios sąveikos susidaro anilinas.
Jei nitrobenzenas apdorojamas cinko dulkėmis amonio chlorido tirpale, reakcijos produktas bus N-fenilhidroksilaminas. Šis junginys gali būti gana lengvai redukuojamas iki anilino standartiniu būdu arba vėl oksiduojamas į nitrobenzeną naudojant stiprią oksidatorių.
Redukcija taip pat gali būti atliekama dujų fazėje naudojant molekulinį vandenilį, esant platinai, paladžiui arba nikeliui. Šiuo atveju taip pat gaunamas anilinas, tačiau yra galimybė redukuoti patį benzeno žiedą, o tai dažnai yra nepageidautina. Kartais taip pat naudojamas katalizatorius, pavyzdžiui, Raney nikelis. Tai akytas nikelis, prisotintas vandenilio ir turintis 15 % aliuminio.
Kai nitrobenzeną redukuoja kalio arba natrio alkoholiai, susidaro azoksibenzenas. Jei šarminėje aplinkoje naudojate stipresnius redukuojančius agentus, gausite azobenzeną. Ši reakcija taip pat gana svarbi, nes jos pagalba sintetinami kai kurie dažai. Azobenzenas gali būti toliau redukuojamas šarminėje terpėje, kad susidarytų hidrazobenzenas.
Iš pradžių nitrobenzenas buvo redukuotas amonio sulfidu. Šį metodą 1842 metais pasiūlė N. N. Zininas, todėl reakcija pavadinta jo vardu. Tačiau šiuo metu jis retai naudojamas praktiškai dėl mažo derlingumo.
Programa
Pats nitrobenzenas naudojamas labai retai, tik kaip selektyvus tirpiklis (pavyzdžiui, celiuliozės eteriams) arba silpnas oksidatorius. Kartais jis pridedamas prie metalo poliravimo tirpalų.
Beveik visas pagamintas nitrobenzenas naudojamas kitų naudingų medžiagų (pavyzdžiui, anilino) sintezei, kurios, savo ruožtu,naudojamas vaistų, dažiklių, polimerų, sprogstamųjų medžiagų ir kt. sintezei.
Pavojus
Dėl savo fizinių ir cheminių savybių nitrobenzenas yra labai pavojingas junginys. Pagal NFPA 704 jo pavojaus sveikatai lygis yra trečias iš keturių. Jis ne tik įkvėpiamas ar per gleivinę, bet ir absorbuojamas per odą. Apsinuodijus didele nitrobenzeno koncentracija, žmogus gali netekti sąmonės ir mirti. Esant mažoms koncentracijoms, apsinuodijimo simptomai yra negalavimas, galvos svaigimas, spengimas ausyse, pykinimas ir vėmimas. Apsinuodijimo nitrobenzenu ypatybė yra didelis užsikrėtimo lygis. Simptomai pasireiškia labai greitai: sutrinka refleksai, kraujas tampa tamsiai rudas, nes jame susidaro methemoglobinas. Kartais ant odos gali atsirasti bėrimų. Pakankama koncentracija yra labai maža, nors tikslių duomenų apie mirtiną dozę nėra. Specializuotoje literatūroje dažnai randama informacijos, kad žmogui nužudyti pakanka 1-2 lašų nitrobenzeno.
Gydymas
Apsinuodijus nitrobenzenu, nukentėjusysis turi būti nedelsiant pašalintas iš toksiškos zonos ir nuvilkti užterštus drabužius. Kūnas nuplaunamas šiltu muiluotu vandeniu, kad iš odos pasišalintų nitrobenzenas. Kas 15 minučių nukentėjusysis įkvepiamas karbogenu. Lengvai apsinuodijus, reikia vartoti cistamino, piridoksino arba lipoinės rūgšties. Sunkesniais atvejais rekomenduojamas metileno mėlynasis arba chromosmonas į veną. Atapsinuodijus nitrobeznoliu per burną, būtina nedelsiant sukelti vėmimą ir praskalauti skrandį šiltu vandeniu. Draudžiama vartoti bet kokius riebalus, įskaitant pieną.
