Hva er nitrobenzen? Dette er en organisk forbindelse som er en aromatisk kjerne og en nitrogruppe knyttet til den. I utseende, avhengig av temperaturen, er de knallgule krystaller eller en oljeaktig væske. Har en mandelduft. Giftig.
Strukturformel for nitrobenzen
Nitrogruppen er en veldig sterk elektrontetthetsakseptor. Derfor har nitrobenzenmolekylet en negativ induktiv og negativ mesomerisk effekt. Nitrogruppen tiltrekker seg ganske sterkt elektrontettheten til den aromatiske kjernen, og deaktiverer den. Elektrofile reagenser tiltrekkes ikke lenger så sterkt til kjernen, og derfor er ikke nitrobenzen så aktivt involvert i slike reaksjoner. For å direkte legge til en annen nitrogruppe til nitrobenzen, trengs det svært tøffe forhold, mye strengere enn ved syntesen av mononitrobenzen. Det samme gjelder halogener, sulfogrupper osv.
Fra strukturformelen til nitrobenzen kan man se at en binding av nitrogen med oksygen er enkel, og den andre er dobbel. Men faktisk, på grunn av den mesomeriske effekten, er de begge likeverdige og har samme lengde på 0,123 nm.
Få nitrobenzen i industrien
Nitrobenzen er et viktig mellomprodukt i syntesen av mange stoffer. Derfor produseres den i industriell skala. Den viktigste måten å oppnå nitrobenzen på er nitrering av benzen. Vanligvis brukes en nitrerende blanding (en blanding av konsentrert svovelsyre og salpetersyre) til dette. Reaksjonen utføres i 45 minutter ved en temperatur på ca. 50°C. Utbyttet av nitrobenzen er 98%. Det er derfor denne metoden hovedsakelig brukes i industrien. For implementeringen er det spesielle installasjoner av både periodiske og kontinuerlige typer. I 1995 var amerikansk nitrobenzenproduksjon 748 000 tonn per år.
Nitrering av benzen kan også utføres ganske enkelt med konsentrert salpetersyre, men i dette tilfellet vil utbyttet av produktet være lavere.
Få nitrobenzen i laboratoriet
Det er en annen måte å få nitrobenzen på. Anilin (aminobenzen) brukes her som råstoff, som oksideres med peroksyforbindelser. På grunn av dette erstattes aminogruppen med en nitrogruppe. Men under denne reaksjonen dannes det flere biprodukter, noe som hindrer effektiv bruk av denne metoden i industrien. Dessuten brukes nitrobenzen hovedsakelig til syntese av anilin, så det gir ingen mening å bruke anilin til produksjon av nitrobenzen.
Fysiske egenskaper
I romtemperatur er nitrobenzen en fargeløs oljeaktig væske med en bitter mandellukt. Ved en temperatur på 5,8 °C er detstivner til gule krystaller. Nitrobenzen koker ved 211°C, og antennes spontant ved 482°C. Dette stoffet, nesten som enhver aromatisk forbindelse, er uløselig i vann, men det er svært løselig i organiske forbindelser, spesielt i benzen. Den kan også dampdestilleres.
elektrofil substitusjon
For nitrobenzen, som for enhver arene, er reaksjoner av elektrofil substitusjon inn i kjernen karakteristiske, selv om de er noe vanskelig sammenlignet med benzen på grunn av påvirkningen fra nitrogruppen. Så dinitrobenzen kan oppnås fra nitrobenzen ved ytterligere nitrering med en blanding av salpetersyre og svovelsyre ved forhøyet temperatur. Det resulterende produktet vil overveiende (93%) bestå av metadinitrobenzen. Det er til og med mulig å få tak i trinitrobenzen på en direkte måte. Men for dette er det nødvendig å bruke enda strengere betingelser, samt bortrifluorid.
På samme måte kan nitrobenzen sulfoneres. For å gjøre dette, bruk et veldig sterkt svovelmiddel - oleum (løsning av svoveloksid VI i svovelsyre). Temperaturen på reaksjonsblandingen må være minst 80 °C. En annen elektrofil substitusjonsreaksjon er direkte halogenering. Sterke Lewis-syrer (aluminiumklorid, bortrifluorid, etc.) og forhøyede temperaturer brukes som katalysatorer.
nukleofil substitusjon
Som man kan se av strukturformelen, kan nitrobenzen reagere med sterke elektrondonorforbindelser. Dette ermuligens på grunn av påvirkning fra nitrogruppen. Et eksempel på en slik reaksjon er interaksjonen med konsentrerte eller faste hydroksyder av alkalimetaller. Men denne reaksjonen danner ikke natriumnitrobenzen. Den kjemiske formelen til nitrobenzen antyder snarere tilsetning av en hydroksylgruppe til kjernen, dvs. dannelsen av nitrofenol. Men dette skjer bare under ganske tøffe forhold.
En lignende reaksjon oppstår med organomagnesiumforbindelser. Hydrokarbonradikalet er festet til kjernen i orto- eller paraposisjon til nitrogruppen. En sideprosess i dette tilfellet er reduksjonen av nitrogruppen til aminogruppen. Nukleofile substitusjonsreaksjoner er lettere hvis det er flere nitrogrupper, siden de vil trekke elektrontettheten til kjernen enda sterkere.
gjenopprettingsreaksjon
Som du vet, kan nitroforbindelser reduseres til aminer. Nitrobenzen er intet unntak, hvis formel antyder muligheten for denne reaksjonen. Det brukes ofte i industrien for syntese av anilin.
Men nitrobenzen kan gi mange andre utvinningsprodukter. Oftest brukes reduksjon med atomisk hydrogen på tidspunktet for frigjøring, det vil si at en syre-metallreaksjon utføres i reaksjonsblandingen, og det frigjorte hydrogenet reagerer med nitrobenzen. Vanligvis produserer denne interaksjonen anilin.
Hvis nitrobenzen behandles med sinkstøv i en ammoniumkloridløsning, vil reaksjonsproduktet være N-fenylhydroksylamin. Denne forbindelsen kan ganske enkelt reduseres til anilin på standard måte, eller oksideres tilbake til nitrobenzen med et sterkt oksidasjonsmiddel.
Reduksjon kan også utføres i gassfasen med molekylært hydrogen i nærvær av platina, palladium eller nikkel. I dette tilfellet oppnås også anilin, men det er en mulighet for reduksjon av selve benzenringen, noe som ofte er uønsket. Noen ganger brukes også en katalysator som Raney-nikkel. Det er porøst nikkel, mettet med hydrogen og inneholder 15 % aluminium.
Når nitrobenzen reduseres med kalium- eller natriumalkoholater, dannes azoksybenzen. Bruker du sterkere reduksjonsmidler i et alkalisk miljø får du azobenzen. Denne reaksjonen er også ganske viktig, siden noen fargestoffer syntetiseres med dens hjelp. Azobenzen kan utsettes for ytterligere reduksjon i et alkalisk medium for å danne hydrazobenzen.
Innledningsvis ble reduksjonen av nitrobenzen utført med ammoniumsulfid. Denne metoden ble foreslått i 1842 av N. N. Zinin, så reaksjonen bærer navnet hans. Men for øyeblikket brukes den sjelden i praksis på grunn av lavt utbytte.
Application
Nitrobenzen i seg selv brukes svært sjelden, bare som et selektivt løsemiddel (for eksempel for celluloseetere) eller et mildt oksidasjonsmiddel. Noen ganger legges det til metallpoleringsløsninger.
Nesten alt produsert nitrobenzen brukes til syntese av andre nyttige stoffer (for eksempel anilin), som igjen,brukes til syntese av narkotika, fargestoffer, polymerer, eksplosiver osv.
Fare
På grunn av dets fysiske og kjemiske egenskaper er nitrobenzen en svært farlig forbindelse. Den har et helsefarenivå tre av fire under NFPA 704. I tillegg til å bli inhalert eller gjennom slimhinner, absorberes den også gjennom huden. Når en person blir forgiftet av en stor konsentrasjon av nitrobenzen, kan en person miste bevisstheten og dø. Ved lave konsentrasjoner inkluderer symptomer på forgiftning ubehag, svimmelhet, tinnitus, kvalme og oppkast. Et trekk ved nitrobenzenforgiftning er den høye infeksjonsraten. Symptomer vises veldig raskt: reflekser forstyrres, blodet blir mørkebrunt på grunn av dannelsen av methemoglobin i det. Noen ganger kan det være utslett på huden. Konsentrasjonen tilstrekkelig for administrering er svært lav, selv om det ikke finnes eksakte data om den dødelige dosen. Det finnes ofte informasjon i spesiallitteratur om at 1-2 dråper nitrobenzen er nok til å drepe en person.
Behandling
I tilfelle nitrobenzenforgiftning, må offeret umiddelbart fjernes fra det giftige området og kvitte seg med forurensede klær. Kroppen vaskes med varmt såpevann for å fjerne nitrobenzen fra huden. Hvert 15. minutt inhaleres offeret med karbogen. For mild forgiftning bør cystamin, pyridoksin eller liponsyre tas. I mer alvorlige tilfeller anbefales intravenøs metylenblått eller kromosmon. Påforgiftning med nitrobeznol gjennom munnen, er det nødvendig å umiddelbart fremkalle brekninger og skylle magen med varmt vann. Det er kontraindisert å ta noe fett, inkludert melk.
