Нитробензол

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск


Нитробензол
Нитробензол Нитробензол
Общие сведения
Синонимы Нитробензол
мирабановое масло (устар.)
Химическая формула C6H5NO2
SMILES [O-][N+](=O)c1ccccc1
Молярная масса 123.06 г/моль
Внешний вид бесцветная или зеленовато-жёлтая маслянистая жидкость
номер CAS [98-95-3]
Свойства
Плотность 1.199 г/см3
Растворимость в воде 0.19 г/100 мл (20 °C)
Температура плавления 5.85 °C
Температура кипения 210.9 °C
Октанол-вода
коэффициент распределения
log Kow
1.85
Опасность
ПДК 3 мг/м3
MSDS Данные MSDS
Классификация ЕС Токсичен (T)
Carc. Cat. 3
Repr. Cat. 3
Опасен для
окружающей среды (N)
NFPA 704 Nfpa h2.pngNfpa f2.pngNfpa r0.png
R-phrases — обозначения риска R23/24/25, R40,
R48/23/24, R51/53, R62
S-phrases — обозначения хранения (S1/2), S28, S36/37,
S45, S61
Температура вспышки 88 °C
Температура самовоспламенения 482 °C
RTECS номер QJ0525000
Supplementary data page
Структура и
свойства
n, εr, и т. д.
Термодинамические
данные
Фазовые состояния
твердое, жидкое, газ
Спектральные данные УФ, ИК, NMR, MS — масс-спектральные данные
Related compounds
Родственные соединения Анилин
Бензол
Нитрозобензол
Данные приведены для
стандартного состояния (25 °C, 100 kPa), если не отмечено иное
Infobox disclaimer and references

Нитробензол — токсичное органическое вещество, имеющее миндальный запах. Формула C6H5NO2.

Физические и химические свойства[править | править исходный текст]

Внешний вид нитробензола — ярко-желтые кристаллы или маслянистая жидкость (бесцветная или зеленовато-жёлтая) с запахом горького миндаля, нерастворимая в воде (0,19% по массе при 297 K, 0,8% при 350 K). Проявляет слабые основные свойства. Растворяется в концентрированных кислотах (при разведении таких растворов водой осаждается) [1]. Неограниченно смешивается с диэтиловым эфиром, бензолом, некоторыми другими органическими растворителями. Перегоняется с водяным паром. Показатель преломления (для D-линии натрия (589 нм), при 297K) 1,5562. Дипольный момент газообразных молекул (в дебаях) 4,22 D. Удельная теплоёмкость 1,51 Дж/(г*К) [2].

Электрофильное замещение[править | править исходный текст]

В связи с сильным электроноакцепторным действием нитрогруппы реакции электрофильного замещения идут в мета-положение и скорость реакции ниже чем у бензола.

\mathsf{C_6H_6 \xrightarrow[]{H_2SO_4, \ HNO_3} \ C_6H_5NO_2 + C_6H_4(NO_2)_2 + C_6H_3(NO_2)_3}

В присутствии катализаторов. Например, порошка железа [3]:

\mathsf{C_6H_6NO_2 \xrightarrow[]{Br_2, \ Fe} \ m\text{-}Br\text{-}C_6H_4\text{-}NO_2 + HBr}


Не вступает в реакцию Фриделя-Крафтса [4]


Нуклеофильное замещение[править | править исходный текст]

  •  :: \mathsf{C_6H_5NO_2 \xrightarrow[]{KOH, \ ^ot} \ o\text{-}HO\text{-}C_6H_4\text{-}NO_2 + p\text{-}HO\text{-}C_6H_4\text{-}NO_2}


\mathsf{C_6H_5NO_2 \xrightarrow[]{RMgBr} \ o\text{-}R\text{-}C_6H_4\text{-}NO + p\text{-}R\text{-}C_6H_4\text{-}NO}

Восстановление[править | править исходный текст]

Наиболее важной реакцией ароматических нитросоединений является восстановление их до первичных аминов.

Эта реакция была открыта в 1842 году Н. Н. Зининым, который впервые восстановил нитробензол до анилина действием сульфида аммония. В настоящее время для восстановления нитрогруппы в аренах до аминогруппы в промышленных условиях применяется каталитическое гидрирование. В качестве катализатора используют медь на силикагеле в качестве носителя. Катализатор готовят нанесением карбоната меди из суспензии в растворе силиката натрия и последующим восстановлением водородом при нагревании. Выход анилина над этим катализатором составляет 98 %.

Иногда в промышленном гидрировании нитробензола до анилина в качестве катализатора используют никель в комбинации с оксидами ванадия и алюминия. Такой катализатор эффективен в интервале 250—300° и легко регенерируется при окислении воздухом. Выход анилина и других аминов составляет 97—98 %. Восстановление нитросоединений до аминов может сопровождаться гидрированием бензольного кольца. По этой причине для получения ароматических аминов избегают использовать в качестве катализаторов платину, палладий или никель Ренея.

В промышленности анилин получают каталитическим восстановлением нитробензола на медном или никелевом катализаторе, который вытеснил старинный способ восстановления нитробензола чугунными стружками в водном растворе хлорного железа и соляной кислоты. Промежуточные продукты — нитрозобензол и N-фенилгидроксиламин.


Другой вариант получения нитрозобензола [3]:

\mathsf{C_6H_5NO_2 \xrightarrow[]{Zn \ NH_4Cl} \ C_6H_5\text{-}NH\text{-}OH \xrightarrow[]{Na_2Cr_2O_7 \ H_2SO_4} \ C_6H_5\text{-}NO}


Восстановление нитрогруппы до аминогруппы сульфидом и гидросульфидом натрия в настоящее время имеет значение только для частичного восстановления одной из двух нитрогрупп, например, в м-динитробензоле или 2,4-динитроанилине.

При ступенчатом восстановлении полинитросоединений с помощью сульфида натрия этот неорганический реагент превращается в тетрасульфид натрия, что сопровождается образованием щелочи.

Высокая щелочность среды приводит к образованию азокси- и азо- и гидразосоединений в качестве побочных продуктов. Для того чтобы избежать этого в качестве восстановителя следует использовать гидросульфид натрия, где щелочь не образуется.


Азоксибензол может быть получен восстановлением нитробензола: спиртовым раствором едкого кали, амальгамой натрия, водородом в присутствии окиси свинца, метиловым спиртом и едким натром, метилатом натрия и метиловым спиртом, закисью свинца в щелочной суспензии, декстрозой в щелочной суспензии, β-фенилгидроксиламином. [3].


Азобензол можно получить, например, восстановлением нитробензола при кипячении с цинковой пылью в водно-спиртовом растворе щёлочи [3].


Многие более восстановленные производные могут быть получены электрохимически, при правильном подборе электродов.


Известны методы восстановления нитросоединений до амидов (амальгамами натрия или цинка, сульфидами натрия и аммония)[5].

Получение[править | править исходный текст]

Основной способ получения нитробензола (как и других нитроаренов) — нитрование в условиях электрофильного замещения бензола (соответственно, аренов)[1]. Электрофильной частицей является ион нитрония NO2+[5] [6].

Например, в промышленности нитробензол получают непрерывным нитрованием бензола смесью концентрированных H2SO4 и HNO3 с выходом 96—99 %.

В лабораторных условиях нитробензол получают нитрованием бензола смесью H2SO4 (1,84 г/см3) и HNO3 (1,4 г/см3) в соотношении 1:1 при 40—60 °C (45 мин). Выход целевого продукта достигает 80 %.

Принципиально возможна (но не применяется в силу низкого выхода) реакция нитрования бензола концентрированной азотной кислотой[5].


Несколько реже (как и для получения других нитроаренов) в лабораториях используют замещение, модификацию или элиминирование заместителей, уже имеющихся при бензольном кольце[1].

Например, возможно получать нитробензол окислением анилина перокситрифторуксусной кислотой (или другими окислителями; чем менее кислая среда - тем больше доля азоксибензола в продуктах) [6].

Применение[править | править исходный текст]

Исходное сырьё в производстве анилина, ароматических азотсодержащих соединений (бензидин, хинолин, азобензол), растворитель эфиров целлюлозы [4], компонент полировальных составов для металлов. Применяется как растворитель и мягкий окислитель. В основном используется как прекурсор для производства анилина.

Производные нитробензола используются в качестве взрывчатых веществ и как компоненты ракетных топлив. В парфюмерии — в качестве душистых или фиксирующих запах веществ, в том числе — искусственных мускусов. Сам нитробензол ранее выпускали под названием «горько-миндального» или «мирбанового» масла. Некоторые производные нитробензола используются в составе лаков и красок. Некоторые применяются в медицине[5] [1].

Токсичность[править | править исходный текст]

Впитывается через кожу, оказывает сильное действие на ЦНС, нарушает обмен веществ, вызывает заболевания печени, окисляет гемоглобин в метгемоглобин.

Ссылки[править | править исходный текст]

Литература[править | править исходный текст]

  • Кнунянц И. Л. и др. т.3 Мед-Пол // Химическая энциклопедия. — М.: Большая Российская Энциклопедия, 1992. — 639 с. — 50 000 экз. — ISBN 5-85270-039-8

Примечания[править | править исходный текст]

  1. 1 2 3 4 5 Шабаров Ю. С. «Органическая химия», М.:Химия, 2002, стр. 848. ISBN 5-7245-1218-1, стр. 715—725
  2. Волков А. И. Жарский И. М. "Большой химический справочник". Мн.:Современная школа, 2005, 608 с. ISBN 985-6751-04-7 стр. 257, 267
  3. 1 2 3 4 Гельман Х. (ред.) Казанский Б. А. (ред.) "Синтезы органических препаратов", М.: Гос. Изд-во иностранной литературы, 1949. Сб. 1, стр. 130-134. Сб. 2, стр. 12-15. Сб. 3, стр. 7-8, 354-356
  4. 1 2 Кнунянц И. Л. (глав.ред.) "Химическая энциклопедия" в пяти томах. М.:Советская энциклопедия, 1988. Т.3, стр. 267-268
  5. 1 2 3 4 Горленко В. А. и др. «Органическая химия», М.:Мастерство, 2003, стр. 624. ISBN 5-294-00176-4, стр. 397—403
  6. 1 2 Бартон Д, Оллис Д.(ред.) "Общая органическая химия" в 12 т., М.:Химия, 1982. Т.3, стр. 403-410