Mikä on nitrobentseeni? Tämä on orgaaninen yhdiste, joka on aromaattinen ydin ja siihen kiinnittynyt nitroryhmä. Ulkonäöltään ne ovat lämpötilasta riippuen kirkkaan keltaisia kiteitä tai öljymäistä nestettä. Siinä on mantelin tuoksu. Myrkyllistä.
Nitrobentseenin rakennekaava
Nitroryhmä on erittäin vahva elektronitiheyden vastaanottaja. Siksi nitrobentseenimolekyylillä on negatiivinen induktiivinen ja negatiivinen mesomeerinen vaikutus. Nitroryhmä houkuttelee melko voimakkaasti aromaattisen ytimen elektronitiheyttä ja deaktivoi sen. Elektrofiiliset reagenssit eivät enää vetäydy ytimeen niin voimakkaasti, joten nitrobentseeni ei ole niin aktiivisesti mukana tällaisissa reaktioissa. Toisen nitroryhmän lisäämiseksi suoraan nitrobentseeniin tarvitaan erittäin ankaria olosuhteita, paljon tiukempia kuin mononitrobentseenin synteesissä. Sama koskee halogeeneja, sulforyhmiä jne.
Nitrobentseenin rakennekaavasta voidaan nähdä, että yksi typen ja hapen välinen sidos on yksikertainen ja toinen kaksoissidos. Mutta itse asiassa mesomeerisen vaikutuksen vuoksi ne ovat molemmat ekvivalentteja ja niillä on sama pituus 0,123 nm.
Nitrobentseenin hankinta teollisuudessa
Nitrobentseeni on tärkeä välituote monien aineiden synteesissä. Siksi sitä valmistetaan teollisessa mittakaavassa. Pääasiallinen tapa saada nitrobentseeniä on bentseenin nitraus. Yleensä tähän käytetään nitrausseosta (väkevän rikki- ja typpihapon seosta). Reaktio suoritetaan 45 minuutin ajan noin 50 °C:n lämpötilassa. Nitrobentseenin saanto on 98 %. Siksi tätä menetelmää käytetään pääasiassa teollisuudessa. Sen toteuttamiseksi on olemassa sekä jaksottaisia että jatkuvia erityisasennuksia. Vuonna 1995 USA:n nitrobentseenin tuotanto oli 748 000 tonnia vuodessa.
Bentseenin nitraus voidaan suorittaa myös yksinkertaisesti väkevällä typpihapolla, mutta tällöin tuotteen saanto on pienempi.
Nitrobentseenin saanti laboratoriossa
Nitrobentseenin saamiseksi on toinenkin tapa. Tässä käytetään raaka-aineena aniliinia (aminobentseeni), joka hapetetaan peroksiyhdisteillä. Tästä johtuen aminoryhmä korvataan nitroryhmällä. Mutta tämän reaktion aikana muodostuu useita sivutuotteita, mikä estää tämän menetelmän tehokkaan käytön teollisuudessa. Lisäksi nitrobentseeniä käytetään pääasiassa aniliinin synteesiin, joten aniliinin käyttäminen nitrobentseenin valmistukseen ei ole järkevää.
Fysikaaliset ominaisuudet
Huonelämpötilassa nitrobentseeni on väritöntä öljyistä nestettä, jolla on karvasmantelin tuoksu. 5,8 °C:n lämpötilassa sekovettuu keltaisiksi kiteiksi. Nitrobentseeni kiehuu 211 °C:ssa ja syttyy itsestään 482 °C:ssa. Tämä aine, melkein kuin mikä tahansa aromaattinen yhdiste, on veteen liukenematon, mutta se liukenee hyvin orgaanisiin yhdisteisiin, erityisesti bentseeniin. Se voidaan myös tislata höyryllä.
Elektrofiilinen vaihto
Nitrobentseenille, kuten mille tahansa areenille, ytimeen elektrofiilisen substituution reaktiot ovat ominaisia, vaikka ne ovatkin jonkin verran vaikeita verrattuna bentseeniin nitroryhmän vaikutuksesta. Joten dinitrobentseeniä voidaan saada nitrobentseenistä nitraamalla edelleen typpi- ja rikkihapon seoksella korotetussa lämpötilassa. Tuloksena oleva tuote koostuu pääasiassa (93 %) meta-dinitrobentseenistä. Trinitrobentseeniä on jopa mahdollista saada suoraan. Mutta tätä varten on käytettävä vielä tiukempia olosuhteita sekä booritrifluoridia.
Samalla tavalla nitrobentseeni voidaan sulfonoida. Käytä tätä varten erittäin vahvaa rikkiainetta - oleumia (rikkioksidin VI liuos rikkihapossa). Reaktioseoksen lämpötilan tulee olla vähintään 80 °C. Toinen elektrofiilinen substituutioreaktio on suora halogenointi. Katalyytteinä käytetään vahvoja Lewis-happoja (alumiinikloridi, booritrifluoridi jne.) ja korotettuja lämpötiloja.
Nukleofiilinen substituutio
Kuten rakennekaavasta voidaan nähdä, nitrobentseeni voi reagoida vahvojen elektroneja luovuttavien yhdisteiden kanssa. Tämä onmahdollisesti johtuen nitroryhmän vaikutuksesta. Esimerkki tällaisesta reaktiosta on vuorovaikutus alkalimetallien väkevien tai kiinteiden hydroksidien kanssa. Mutta tämä reaktio ei muodosta natriumnitrobentseeniä. Nitrobentseenin kemiallinen kaava viittaa pikemminkin hydroksyyliryhmän lisäämiseen ytimeen, eli nitrofenolin muodostumiseen. Mutta tämä tapahtuu vain melko ankarissa olosuhteissa.
Samanlainen reaktio tapahtuu organomagnesiumyhdisteiden kanssa. Hiilivetyradikaali on kiinnittynyt ytimeen nitroryhmän orto- tai para-asemassa. Sivuprosessi tässä tapauksessa on nitroryhmän pelkistäminen aminoryhmäksi. Nukleofiiliset substituutioreaktiot ovat helpompia, jos nitroryhmiä on useita, koska ne vetävät ytimen elektronitiheyttä vieläkin voimakkaammin.
Toipumisreaktio
Kuten tiedät, nitroyhdisteet voidaan pelkistää amiineiksi. Nitrobentseeni ei ole poikkeus, jonka kaava viittaa tämän reaktion mahdollisuuteen. Sitä käytetään usein teollisuudessa aniliinin synteesiin.
Mutta nitrobentseeni voi antaa paljon muita t alteenottotuotteita. Useimmiten pelkistystä atomivedyllä käytetään sen vapautuessa, eli reaktioseoksessa suoritetaan happo-metallireaktio ja vapautunut vety reagoi nitrobentseenin kanssa. Yleensä tämä vuorovaikutus tuottaa aniliinia.
Jos nitrobentseeniä käsitellään sinkkipölyllä ammoniumkloridiliuoksessa, reaktiotuote on N-fenyylihydroksyyliamiini. Tämä yhdiste voidaan melko helposti pelkistää aniliiniksi tavanomaisella tavalla tai hapettaa takaisin nitrobentseeniksi vahvalla hapettimella.
Pelkistys voidaan suorittaa myös kaasufaasissa molekyylivedyllä platinan, palladiumin tai nikkelin läsnä ollessa. Tässä tapauksessa saadaan myös aniliinia, mutta itse bentseenirenkaan pelkistys on mahdollista, mikä on usein ei-toivottua. Joskus käytetään myös katalyyttiä, kuten Raney-nikkeliä. Se on huokoista nikkeliä, joka on kyllästetty vedyllä ja sisältää 15 % alumiinia.
Kun nitrobentseeniä pelkistetään kalium- tai natriumalkoholaatilla, muodostuu atsoksibentseeniä. Jos käytät vahvempia pelkistäviä aineita emäksisessä ympäristössä, saat atsobentseeniä. Tämä reaktio on myös varsin tärkeä, koska jotkut väriaineet syntetisoidaan sen avulla. Atsobentseeni voidaan edelleen pelkistää emäksisessä väliaineessa hydratsobentseeniksi.
Aluksi nitrobentseenin pelkistys suoritettiin ammoniumsulfidilla. Tätä menetelmää ehdotti vuonna 1842 N. N. Zinin, joten reaktio kantaa hänen nimeään. Mutta tällä hetkellä sitä käytetään harvoin käytännössä alhaisen tuoton vuoksi.
Hakemus
Nitrobentseeniä itsessään käytetään hyvin harvoin, vain selektiivisenä liuottimena (esim. selluloosaeettereille) tai miedona hapettimena. Sitä lisätään joskus metallin kiillotusliuoksiin.
Lähes kaikkea tuotettua nitrobentseeniä käytetään muiden hyödyllisten aineiden (esimerkiksi aniliinin) synteesiin, mikä puolestaankäytetään lääkkeiden, väriaineiden, polymeerien, räjähteiden jne. synteesiin.
Vaara
Fysikaalisten ja kemiallisten ominaisuuksiensa vuoksi nitrobentseeni on erittäin vaarallinen yhdiste. Sen terveysvaarataso on kolme neljästä NFPA 704:n mukaan. Hengitettynä tai limakalvojen kautta se imeytyy myös ihon läpi. Kun ihminen on myrkytetty suurella nitrobentseenipitoisuudella, hän voi menettää tajuntansa ja kuolla. Pienillä pitoisuuksilla myrkytysoireita ovat huonovointisuus, huimaus, tinnitus, pahoinvointi ja oksentelu. Nitrobentseenimyrkytyksen ominaisuus on korkea tartuntaaste. Oireet ilmaantuvat hyvin nopeasti: refleksit häiriintyvät, veri muuttuu tummanruskeaksi methemoglobiinin muodostumisen vuoksi. Joskus iholla voi esiintyä ihottumaa. Annostukseen riittävä pitoisuus on hyvin pieni, vaikkakaan ei ole tarkkaa tietoa tappavasta annoksesta. Erikoiskirjallisuudesta löytyy usein tietoa, että 1-2 tippaa nitrobentseeniä riittää tappamaan ihmisen.
Hoito
Nitrobentseenimyrkytyksen sattuessa uhri on välittömästi poistettava myrkylliseltä alueelta ja poistettava saastuneet vaatteet. Vartalo pestään lämpimällä saippuavedellä nitrobentseenin poistamiseksi iholta. 15 minuutin välein uhri hengitetään hiilivetyllä. Lievään myrkytykseen tulee ottaa kystamiinia, pyridoksiinia tai lipoiinihappoa. Vakavammissa tapauksissa suositellaan suonensisäistä metyleenisinistä tai kromosmonia. klonitrobeznol-myrkytys suun kautta, on välttämätöntä oksentaa välittömästi ja huuhdella vatsa lämpimällä vedellä. Rasvojen, myös maidon, nauttiminen on vasta-aiheista.
