Kas ir nitrobenzols? Šis ir organisks savienojums, kas ir aromātisks kodols un tam pievienota nitrogrupa. Pēc izskata, atkarībā no temperatūras, tie ir spilgti dzelteni kristāli vai eļļains šķidrums. Ir mandeļu smarža. Toksisks.
Nitrobenzola strukturālā formula
Nitrogrupa ir ļoti spēcīgs elektronu blīvuma akceptors. Tāpēc nitrobenzola molekulai ir negatīvs induktīvs un negatīvs mezomērs efekts. Nitro grupa diezgan spēcīgi piesaista aromātiskā kodola elektronu blīvumu, deaktivizējot to. Elektrofīlos reaģentus vairs tik spēcīgi nepievelk kodols, un tāpēc nitrobenzols šādās reakcijās nav tik aktīvi iesaistīts. Lai nitrobenzolam tieši pievienotu vēl vienu nitrogrupu, ir nepieciešami ļoti skarbi apstākļi, daudz stingrāki nekā mononitrobenzola sintēzē. Tas pats attiecas uz halogēniem, sulfogrupām utt.
No nitrobenzola strukturālās formulas var redzēt, ka viena slāpekļa saite ar skābekli ir vienkāršā, bet otra ir dubultā. Bet patiesībā mezomeriskā efekta dēļ tie abi ir līdzvērtīgi un tiem ir vienāds garums 0,123 nm.
Nitrobenzola iegūšana rūpniecībā
Nitrobenzols ir svarīgs starpprodukts daudzu vielu sintēzē. Tāpēc tas tiek ražots rūpnieciskā mērogā. Galvenais nitrobenzola iegūšanas veids ir benzola nitrēšana. Parasti šim nolūkam izmanto nitrēšanas maisījumu (koncentrētas sērskābes un slāpekļskābes maisījumu). Reakciju veic 45 minūtes aptuveni 50 °C temperatūrā. Nitrobenzola iznākums ir 98%. Tāpēc šo metodi galvenokārt izmanto rūpniecībā. Tās ieviešanai ir īpašas gan periodiskas, gan nepārtrauktas iekārtas. 1995. gadā ASV nitrobenzola ražošana bija 748 000 tonnu gadā.
Benzola nitrēšanu var veikt arī vienkārši ar koncentrētu slāpekļskābi, taču tādā gadījumā produkta iznākums būs mazāks.
Nitrobenzola iegūšana laboratorijā
Ir vēl viens veids, kā iegūt nitrobenzolu. Šeit kā izejviela tiek izmantots anilīns (aminobenzols), ko oksidē ar peroksīda savienojumiem. Sakarā ar to aminogrupa tiek aizstāta ar nitrogrupu. Bet šīs reakcijas laikā veidojas vairāki blakusprodukti, kas neļauj efektīvi izmantot šo metodi rūpniecībā. Turklāt nitrobenzolu galvenokārt izmanto anilīna sintēzei, tāpēc nav jēgas izmantot anilīnu nitrobenzola ražošanai.
Fizikālās īpašības
Istabas temperatūrā nitrobenzols ir bezkrāsains eļļains šķidrums ar rūgto mandeļu smaržu. 5,8 °C temperatūrā tassacietē dzeltenos kristālos. Nitrobenzols vārās 211°C un spontāni aizdegas 482°C temperatūrā. Šī viela, gandrīz tāpat kā jebkurš aromātisks savienojums, nešķīst ūdenī, bet labi šķīst organiskajos savienojumos, īpaši benzolā. To var arī destilēt ar tvaiku.
Elektrofīlā aizstāšana
Nitrobenzolam, tāpat kā jebkuram arēnam, ir raksturīgas elektrofīlās aizvietošanas reakcijas uz kodolu, lai gan tās ir nedaudz sarežģītas salīdzinājumā ar benzolu nitrogrupas ietekmes dēļ. Tātad dinitrobenzolu var iegūt no nitrobenzola, tālāk nitrējot ar slāpekļskābes un sērskābes maisījumu paaugstinātā temperatūrā. Iegūtais produkts pārsvarā (93%) sastāvēs no meta-dinitrobenzola. Trinitrobenzolu ir iespējams iegūt pat tiešā veidā. Bet šim nolūkam ir jāizmanto vēl stingrāki apstākļi, kā arī bora trifluorīds.
Tādā pašā veidā var sulfonēt nitrobenzolu. Lai to izdarītu, izmantojiet ļoti spēcīgu sēru veidojošu līdzekli - oleumu (sēra oksīda VI šķīdums sērskābē). Reakcijas maisījuma temperatūrai jābūt vismaz 80 °C. Vēl viena elektrofīlā aizvietošanas reakcija ir tieša halogenēšana. Kā katalizatori tiek izmantotas spēcīgas Lūisa skābes (alumīnija hlorīds, bora trifluorīds utt.) un paaugstinātas temperatūras.
Nukleofīlā aizstāšana
Kā redzams no strukturālās formulas, nitrobenzols var reaģēt ar spēcīgiem elektronu donoru savienojumiem. Tas iriespējams, nitro grupas ietekmes dēļ. Šādas reakcijas piemērs ir mijiedarbība ar koncentrētiem vai cietiem sārmu metālu hidroksīdiem. Bet šī reakcija neveido nātrija nitrobenzolu. Nitrobenzola ķīmiskā formula drīzāk liecina par hidroksilgrupas pievienošanu kodolam, t.i., nitrofenola veidošanos. Bet tas notiek tikai diezgan skarbos apstākļos.
Līdzīga reakcija notiek ar magnija organiskajiem savienojumiem. Ogļūdeņraža radikālis ir pievienots kodolam orto vai para stāvoklī nitrogrupai. Blakus process šajā gadījumā ir nitrogrupas reducēšana uz aminogrupu. Nukleofīlās aizvietošanas reakcijas ir vieglākas, ja ir vairākas nitrogrupas, jo tās vēl spēcīgāk piesaistīs kodola elektronu blīvumu.
Atveseļošanās reakcija
Kā jūs zināt, nitro savienojumus var pārveidot par amīniem. Izņēmums nav arī nitrobenzols, kura formula liecina par šīs reakcijas iespējamību. Rūpniecībā to bieži izmanto anilīna sintēzei.
Bet nitrobenzols var dot daudz citu reģenerācijas produktu. Visbiežāk tā izdalīšanās brīdī tiek izmantota reducēšana ar atomu ūdeņradi, t.i., reakcijas maisījumā notiek skābes-metāla reakcija, un atbrīvotais ūdeņradis reaģē ar nitrobenzolu. Parasti šī mijiedarbība rada anilīnu.
Ja nitrobenzolu apstrādā ar cinka putekļiem amonija hlorīda šķīdumā, reakcijas produkts būs N-fenilhidroksilamīns. Šo savienojumu var diezgan viegli reducēt līdz anilīnam standarta veidā vai oksidēt atpakaļ līdz nitrobenzolam ar spēcīgu oksidētāju.
Reducēšanu var veikt arī gāzes fāzē ar molekulāro ūdeņradi platīna, pallādija vai niķeļa klātbūtnē. Šajā gadījumā tiek iegūts arī anilīns, taču pastāv iespēja reducēt pašu benzola gredzenu, kas bieži vien ir nevēlams. Dažreiz tiek izmantots arī katalizators, piemēram, Raney niķelis. Tas ir porains niķelis, kas piesātināts ar ūdeņradi un satur 15% alumīnija.
Kad nitrobenzolu reducē kālija vai nātrija alkoholāti, veidojas azoksibenzols. Ja sārmainā vidē lietojat spēcīgākus reducētājus, iegūstat azobenzolu. Šī reakcija ir arī diezgan svarīga, jo ar tās palīdzību tiek sintezētas dažas krāsvielas. Azobenzolu var tālāk reducēt sārmainā vidē, veidojot hidrazobenzolu.
Sākotnēji nitrobenzola reducēšana tika veikta ar amonija sulfīdu. Šo metodi 1842. gadā ierosināja N. N. Zinins, tāpēc reakcija nes viņa vārdu. Taču šobrīd praksē to izmanto reti zemās ražas dēļ.
Pieteikums
Pašu nitrobenzolu izmanto ļoti reti, tikai kā selektīvu šķīdinātāju (piemēram, celulozes ēteriem) vai vieglu oksidētāju. Dažreiz to pievieno metāla pulēšanas šķīdumiem.
Gandrīz visu saražoto nitrobenzolu izmanto citu derīgu vielu (piemēram, anilīna) sintēzei, kas savukārtizmanto narkotiku, krāsvielu, polimēru, sprāgstvielu uc sintēzei.
Bīstami
Fizikālo un ķīmisko īpašību dēļ nitrobenzols ir ļoti bīstams savienojums. Saskaņā ar NFPA 704 tā veselības apdraudējuma līmenis ir trešais no četriem. Papildus tam, ka tas tiek ieelpots vai caur gļotādām, tas uzsūcas arī caur ādu. Saindējoties ar lielu nitrobenzola koncentrāciju, cilvēks var zaudēt samaņu un nomirt. Zemās koncentrācijās saindēšanās simptomi ir savārgums, reibonis, troksnis ausīs, slikta dūša un vemšana. Saindēšanās ar nitrobenzolu iezīme ir augsts infekcijas līmenis. Simptomi parādās ļoti ātri: tiek traucēti refleksi, asinis kļūst tumši brūnas, jo tajās veidojas methemoglobīns. Dažreiz uz ādas var būt izsitumi. Ievadīšanai pietiekamā koncentrācija ir ļoti zema, lai gan precīzu datu par letālo devu nav. Speciālajā literatūrā bieži atrodama informācija, ka cilvēka nogalināšanai pietiek ar 1-2 pilieniem nitrobenzola.
Ārstēšana
Saindēšanās ar nitrobenzolu gadījumā cietušais nekavējoties jāizved no toksiskās zonas un jāatbrīvojas no piesārņotā apģērba. Ķermeni mazgā ar siltu ziepjūdeni, lai no ādas noņemtu nitrobenzolu. Ik pēc 15 minūtēm cietušais tiek ieelpots ar ogļhidrātu. Vieglas saindēšanās gadījumā jālieto cistamīns, piridoksīns vai liposkābe. Smagākos gadījumos ieteicama intravenoza metilēnzilā vai hromosmona ievadīšana. Plkstsaindēšanās ar nitrobeznolu caur muti, nekavējoties jāizraisa vemšana un jāizskalo kuņģis ar siltu ūdeni. Ir kontrindicēts lietot jebkādus taukus, tostarp pienu.
