Mi az a nitrobenzol? Ez egy szerves vegyület, amely egy aromás mag és egy hozzá kapcsolódó nitrocsoport. Külsőleg, a hőmérséklettől függően élénksárga kristályok vagy olajos folyadék. Mandula illata van. Mérgező.
A nitrobenzol szerkezeti képlete
A nitrocsoport nagyon erős elektronsűrűség-akceptor. Ezért a nitrobenzol molekulának negatív induktív és negatív mezomer hatása van. A nitrocsoport meglehetősen erősen vonzza az aromás atommag elektronsűrűségét, deaktiválja azt. Az elektrofil reagensek már nem vonzódnak olyan erősen az atommaghoz, ezért a nitrobenzol nem vesz részt olyan aktívan az ilyen reakciókban. Ahhoz, hogy egy újabb nitrocsoportot közvetlenül adjunk a nitrobenzolhoz, nagyon kemény körülményekre van szükség, amelyek sokkal szigorúbbak, mint a mononitro-benzol szintézisénél. Ugyanez vonatkozik a halogénekre, szulfocsoportokra stb.
A nitrobenzol szerkezeti képletéből látható, hogy a nitrogén és az oxigén egyik kötése egyszeres, a másik kettős. Valójában azonban a mezomer hatás miatt mindkettő egyenértékű, és azonos 0,123 nm hosszúságúak.
Nitrobenzol beszerzése az iparban
A nitrobenzol számos anyag szintézisének fontos köztiterméke. Ezért ipari méretben gyártják. A nitrobenzol előállításának fő módja a benzol nitrálása. Ehhez általában nitráló keveréket (tömény kénsav és salétromsav keverékét) használnak. A reakciót 45 percig körülbelül 50 °C hőmérsékleten hajtjuk végre. A nitrobenzol hozama 98%. Ezért ezt a módszert elsősorban az iparban használják. Megvalósításához időszakos és folyamatos típusú speciális telepítések vannak. 1995-ben az Egyesült Államok nitrobenzoltermelése évi 748 000 tonna volt.
A benzol nitrálása egyszerűen tömény salétromsavval is elvégezhető, de ebben az esetben a termék hozama kisebb lesz.
Nitrobenzol kinyerése a laboratóriumban
Van egy másik módja a nitrobenzol beszerzésének. Itt nyersanyagként anilint (aminobenzolt) használnak, amelyet peroxivegyületekkel oxidálnak. Emiatt az aminocsoportot nitrocsoport helyettesíti. De e reakció során számos melléktermék képződik, ami megakadályozza ennek a módszernek a hatékony alkalmazását az iparban. Ezenkívül a nitrobenzolt főként anilin szintézisére használják, így nincs értelme anilint nitrobenzol előállítására használni.
Fizikai tulajdonságok
Szobahőmérsékleten a nitrobenzol színtelen olajos folyadék, keserű mandula szaggal. 5,8 °C hőmérsékleten azsárga kristályokká keményedik. A nitrobenzol 211 °C-on forr, és 482 °C-on spontán meggyullad. Ez az anyag, mint minden aromás vegyület, vízben nem oldódik, de szerves vegyületekben, különösen benzolban jól oldódik. Vízgőz desztillálható is.
Elektrofil helyettesítés
A nitrobenzolra, mint minden arénra, az atommagba történő elektrofil szubsztitúciós reakciók jellemzőek, bár a benzolhoz képest a nitrocsoport hatása miatt kissé bonyolultak. Tehát a dinitrobenzol nitrobenzolból nyerhető ki, salétromsav és kénsav keverékével, emelt hőmérsékleten történő további nitrálással. A kapott termék túlnyomórészt (93%) meta-dinitro-benzolt tartalmaz. A trinitrobenzol beszerzése akár közvetlen úton is lehetséges. Ehhez azonban még szigorúbb feltételeket, valamint bór-trifluoridot kell alkalmazni.
Ugyanígy szulfonálható a nitrobenzol is. Ehhez használjon nagyon erős kénezőszert - óleumot (a VI kén-oxid oldata kénsavban). A reakcióelegy hőmérsékletének legalább 80 °C-nak kell lennie. Egy másik elektrofil szubsztitúciós reakció a közvetlen halogénezés. Erős Lewis-savakat (alumínium-klorid, bór-trifluorid stb.) és megemelt hőmérsékletet használnak katalizátorként.
Nukleofil szubsztitúció
A szerkezeti képletből látható, hogy a nitrobenzol reakcióba léphet erős elektrondonor vegyületekkel. Ezesetleg a nitrocsoport befolyása miatt. Ilyen reakció például az alkálifémek koncentrált vagy szilárd hidroxidjaival való kölcsönhatás. De ez a reakció nem képez nátrium-nitro-benzolt. A nitrobenzol kémiai képlete inkább egy hidroxilcsoport hozzáadását sugallja a maghoz, azaz nitrofenol képződését. De ez csak meglehetősen zord körülmények között történik.
Hasonló reakció megy végbe szerves magnéziumvegyületekkel is. A szénhidrogén gyök a maghoz a nitrocsoporthoz orto vagy para helyzetben kapcsolódik. Mellékfolyamat ebben az esetben a nitrocsoport aminocsoporttá redukálása. A nukleofil szubsztitúciós reakciók könnyebbek, ha több nitrocsoport van, mivel ezek még erősebben húzzák az atommag elektronsűrűségét.
Helyreállítási reakció
Mint tudod, a nitrovegyületek aminokká redukálhatók. Ez alól a nitrobenzol sem kivétel, amelynek képlete ennek a reakciónak a lehetőségére utal. Az iparban gyakran használják anilin szintézisére.
A nitrobenzol azonban sok más helyreállító terméket is adhat. Leggyakrabban az atomos hidrogénnel történő redukciót alkalmazzák annak felszabadulásakor, azaz a reakcióelegyben sav-fém reakció megy végbe, és a felszabaduló hidrogén reagál a nitrobenzollal. Általában ez a kölcsönhatás anilint termel.
Ha a nitrobenzolt cinkporral kezelik ammónium-klorid oldatban, a reakciótermék N-fenil-hidroxil-amin lesz. Ez a vegyület meglehetősen könnyen redukálható anilinné a szokásos módon, vagy oxidálható vissza nitrobenzollá erős oxidálószerrel.
A redukció gázfázisban is végrehajtható molekuláris hidrogénnel platina, palládium vagy nikkel jelenlétében. Ebben az esetben anilint is kapunk, de lehetőség van magának a benzolgyűrűnek a redukciójára, ami gyakran nem kívánatos. Néha katalizátort, például Raney-nikkelt is használnak. Porózus nikkel, hidrogénnel telített és 15% alumíniumot tartalmaz.
Amikor a nitrobenzolt kálium- vagy nátrium-alkoholátok redukálják, azoxibenzol képződik. Ha lúgos környezetben erősebb redukálószereket használ, azobenzolt kap. Ez a reakció is nagyon fontos, mivel néhány színezéket szintetizálnak segítségével. Az azobenzolt lúgos közegben tovább redukálhatjuk, hogy hidrazobenzolt kapjunk.
A nitrobenzol redukcióját kezdetben ammónium-szulfiddal végezték. Ezt a módszert 1842-ben N. N. Zinin javasolta, így a reakció az ő nevét viseli. De jelenleg a gyakorlatban ritkán használják az alacsony hozam miatt.
Alkalmazás
Magát a nitrobenzolt nagyon ritkán használják, csak szelektív oldószerként (például cellulóz-éterek esetében) vagy enyhe oxidálószerként. Néha hozzáadják fémpolírozó oldatokhoz.
Szinte az összes előállított nitrobenzolt más hasznos anyagok (például anilin) szintézisére használják fel, amelyek viszontgyógyszerek, színezékek, polimerek, robbanóanyagok stb. szintézisére használják.
Veszély
Fizikai és kémiai tulajdonságai miatt a nitrobenzol nagyon veszélyes vegyület. Az NFPA 704 szerint négyből három egészségügyi kockázati fokozattal rendelkezik. Amellett, hogy belélegzik vagy nyálkahártyán keresztül, a bőrön keresztül is felszívódik. Ha nagy koncentrációjú nitrobenzol mérgezik, egy személy elveszítheti eszméletét és meghalhat. Alacsony koncentráció esetén a mérgezés tünetei közé tartozik a rossz közérzet, szédülés, fülzúgás, hányinger és hányás. A nitrobenzol-mérgezés egyik jellemzője a fertőzések magas aránya. A tünetek nagyon gyorsan jelentkeznek: a reflexek zavartak, a vér sötétbarna színűvé válik a methemoglobin képződése miatt. Néha kiütések jelentkezhetnek a bőrön. Az adagoláshoz elegendő koncentráció nagyon alacsony, bár a halálos dózisról nincsenek pontos adatok. A szakirodalomban gyakran találnak információt arról, hogy 1-2 csepp nitrobenzol elegendő egy ember halálához.
Kezelés
Nitrobenzol-mérgezés esetén az áldozatot azonnal el kell távolítani a mérgező területről, és meg kell szabadulni a szennyezett ruházattól. A testet meleg szappanos vízzel lemossák, hogy eltávolítsák a nitrobenzolt a bőrről. 15 percenként az áldozatot belélegezzük szénhidrogénnel. Enyhe mérgezés esetén cisztamint, piridoxint vagy liponsavat kell bevenni. Súlyosabb esetekben intravénás metilénkék vagy kromosmon adása javasolt. Nál nélnitrobeznollal szájon keresztül történő mérgezés esetén azonnal hánytatni kell, és a gyomrot meleg vízzel öblíteni kell. Ellenjavallt bármilyen zsír bevitele, beleértve a tejet is.
