Šta je nitrobenzol? Ovo je organsko jedinjenje koje je aromatično jezgro i za njega vezana nitro grupa. Po izgledu, u zavisnosti od temperature, su jarko žuti kristali ili uljasta tečnost. Ima miris badema. Toksičan.
Strukturna formula nitrobenzena
Nitro grupa je veoma jak akceptor elektronske gustine. Stoga molekula nitrobenzena ima negativan induktivni i negativan mezomerni efekat. Nitro grupa prilično snažno privlači elektronsku gustinu aromatičnog jezgra, deaktivirajući ga. Elektrofilni reagensi više nisu tako snažno privučeni jezgrom, pa stoga nitrobenzen nije tako aktivno uključen u takve reakcije. Da bi se nitrobenzenu direktno dodala još jedna nitro grupa, potrebni su veoma oštri uslovi, mnogo stroži nego u sintezi mononitrobenzena. Isto važi i za halogene, sulfo grupe, itd.
Iz strukturne formule nitrobenzena se vidi da je jedna veza azota sa kiseonikom jednostruka, a druga dvostruka. Ali u stvari, zbog mezomernog efekta, oba su ekvivalentna i imaju istu dužinu od 0,123 nm.
Dobivanje nitrobenzena u industriji
Nitrobenzen je važan međuprodukt u sintezi mnogih supstanci. Stoga se proizvodi u industrijskom obimu. Glavni način za dobivanje nitrobenzena je nitracija benzola. Obično se za to koristi smjesa za nitriranje (mješavina koncentrirane sumporne i dušične kiseline). Reakcija se izvodi 45 minuta na temperaturi od oko 50 °C. Prinos nitrobenzena je 98%. Zbog toga se ova metoda uglavnom koristi u industriji. Za njegovu implementaciju postoje posebne instalacije periodičnog i kontinuiranog tipa. Godine 1995, američka proizvodnja nitrobenzena iznosila je 748.000 tona godišnje.
Nitracija benzola se takođe može izvesti jednostavno sa koncentrovanom azotnom kiselinom, ali će u ovom slučaju prinos proizvoda biti manji.
Dobivanje nitrobenzena u laboratoriji
Postoji još jedan način da se dobije nitrobenzen. Ovdje se kao sirovina koristi anilin (aminobenzen) koji se oksidira peroksi jedinjenjima. Zbog toga je amino grupa zamijenjena nitro grupom. Ali tokom ove reakcije nastaje nekoliko nusproizvoda, što onemogućava efikasnu upotrebu ove metode u industriji. Štaviše, nitrobenzen se uglavnom koristi za sintezu anilina, tako da nema smisla koristiti anilin za proizvodnju nitrobenzena.
Fizička svojstva
Na sobnoj temperaturi, nitrobenzen je bezbojna uljasta tečnost sa mirisom gorkog badema. Na temperaturi od 5,8 °C, onstvrdne u žute kristale. Nitrobenzen ključa na 211°C, a spontano se zapali na 482°C. Ova supstanca, gotovo kao i svako aromatično jedinjenje, nije rastvorljiva u vodi, ali je veoma rastvorljiva u organskim jedinjenjima, posebno u benzenu. Također se može destilirati parom.
Elektrofilna zamjena
Za nitrobenzen, kao i za svaki aren, karakteristične su reakcije elektrofilne supstitucije u jezgru, iako su donekle otežane u poređenju sa benzenom zbog uticaja nitro grupe. Dakle, dinitrobenzen se može dobiti iz nitrobenzena daljom nitracijom mješavinom dušične i sumporne kiseline na povišenoj temperaturi. Dobijeni proizvod će se pretežno (93%) sastojati od meta-dinitrobenzena. Čak je moguće dobiti trinitrobenzen na direktan način. Ali za to je potrebno koristiti još strože uslove, kao i bor trifluorid.
Na isti način, nitrobenzol se može sulfonirati. Da biste to učinili, koristite vrlo jako sumporno sredstvo - oleum (otopina sumpornog oksida VI u sumpornoj kiselini). Temperatura reakcione smjese mora biti najmanje 80 °C. Druga elektrofilna supstitucijska reakcija je direktna halogenacija. Jake Lewisove kiseline (aluminijum hlorid, bor trifluorid, itd.) i povišene temperature se koriste kao katalizatori.
Nukleofilna supstitucija
Kao što se vidi iz strukturne formule, nitrobenzen može reagovati sa jakim jedinjenjima davaocima elektrona. Ovo jeverovatno zbog uticaja nitro grupe. Primjer takve reakcije je interakcija s koncentriranim ili čvrstim hidroksidima alkalnih metala. Ali ova reakcija ne stvara natrijum nitrobenzen. Hemijska formula nitrobenzena prije sugerira dodavanje hidroksilne grupe jezgru, odnosno stvaranje nitrofenola. Ali to se dešava samo pod prilično teškim uslovima.
Slična reakcija se dešava sa organomagnezijum jedinjenjima. Ugljovodonični radikal je vezan za jezgro u orto ili para položaju za nitro grupu. Sporedni proces u ovom slučaju je redukcija nitro grupe na amino grupu. Reakcije nukleofilne supstitucije su lakše ako postoji nekoliko nitro grupa, jer će one još jače povući elektronsku gustinu jezgra.
Reakcija oporavka
Kao što znate, nitro jedinjenja se mogu redukovati u amine. Nitrobenzen nije izuzetak, čija formula sugeriše mogućnost ove reakcije. Često se koristi u industriji za sintezu anilina.
Ali nitrobenzen može dati mnogo drugih proizvoda za oporavak. Najčešće se redukcija atomskim vodikom koristi u trenutku njegovog oslobađanja, odnosno u reakcijskoj smjesi se odvija kiselo-metalna reakcija, a oslobođeni vodik reagira s nitrobenzenom. Obično ova interakcija proizvodi anilin.
Ako se nitrobenzen tretira sa cinkovom prašinom u rastvoru amonijum hlorida, proizvod reakcije će biti N-fenilhidroksilamin. Ovo jedinjenje se može prilično lako reducirati u anilin na standardni način, ili oksidirati natrag u nitrobenzen sa jakim oksidacijskim agensom.
Redukcija se takođe može izvesti u gasnoj fazi sa molekularnim vodonikom u prisustvu platine, paladijuma ili nikla. U ovom slučaju se dobija i anilin, ali postoji mogućnost redukcije samog benzenskog prstena, što je često nepoželjno. Ponekad se koristi i katalizator kao što je Raney nikal. To je porozni nikl, zasićen vodonikom i sadrži 15% aluminijuma.
Kada se nitrobenzen redukuje kalijum ili natrijum alkoholatima, nastaje azoksibenzen. Ako koristite jače redukcione agense u alkalnoj sredini, dobijate azobenzen. Ova reakcija je također vrlo važna, jer se uz nju sintetiziraju neke boje. Azobenzen se može podvrgnuti daljnjoj redukciji u alkalnom mediju kako bi se formirao hidrazobenzen.
U početku je redukcija nitrobenzena izvršena amonijum sulfidom. Ovu metodu je 1842. godine predložio N. N. Zinin, pa reakcija nosi njegovo ime. Ali trenutno se rijetko koristi u praksi zbog niskog prinosa.
Prijava
Sam nitrobenzen se koristi vrlo rijetko, samo kao selektivni rastvarač (na primjer, za celulozne etre) ili blagi oksidacijski agens. Ponekad se dodaje rastvorima za poliranje metala.
Gotovo sav proizveden nitrobenzen koristi se za sintezu drugih korisnih supstanci (na primjer, anilina), koji, pak,koristi se za sintezu lijekova, boja, polimera, eksploziva, itd.
Opasnost
Zbog svojih fizičkih i hemijskih svojstava, nitrobenzen je veoma opasno jedinjenje. Ima nivo opasnosti po zdravlje tri od četiri prema NFPA 704. Osim što se udiše ili kroz sluzokožu, apsorbira se i kroz kožu. Kod trovanja velikom koncentracijom nitrobenzena, osoba može izgubiti svijest i umrijeti. Pri niskim koncentracijama simptomi trovanja uključuju slabost, vrtoglavicu, zujanje u ušima, mučninu i povraćanje. Karakteristika trovanja nitrobenzenom je visoka stopa infekcije. Simptomi se javljaju vrlo brzo: refleksi su poremećeni, krv postaje tamno smeđa zbog stvaranja methemoglobina u njoj. Ponekad može doći do osipa na koži. Koncentracija dovoljna za davanje je vrlo niska, iako nema tačnih podataka o smrtonosnoj dozi. U specijalizovanoj literaturi se često nalazi informacija da je 1-2 kapi nitrobenzena dovoljna da ubije osobu.
Liječenje
U slučaju trovanja nitrobenzenom, žrtva se mora odmah ukloniti iz toksičnog područja i otarasiti se kontaminirane odjeće. Tijelo se pere toplom vodom sa sapunom kako bi se uklonio nitrobenzen s kože. Svakih 15 minuta žrtva se udahne karbogenom. Kod blagog trovanja treba uzimati cistamin, piridoksin ili lipoinsku kiselinu. U težim slučajevima preporučuje se intravenska primjena metilen plavog ili hromosmona. Atkod trovanja nitrobeznolom kroz usta, potrebno je odmah izazvati povraćanje i isprati želudac toplom vodom. Kontraindikovano je uzimanje bilo koje masti, uključujući i mlijeko.
