•  – Білизняний шов: як робити правильно 
  •  – Вітрильні човни: види, класифікація 
  •  – Велосипед жіночий: огляд моделей 
  •  – Букет з грошей своїми руками: фото, покрокова інструкція по виготовленню, цікаві способи подарувати гроші 

Структурна формула нітробензолу

Нітросполуки є незамінними речовинами при синтезі різних азобарвників, а також у виготовленні піротехнічних та вибухових виробів. Зокрема, нітробензол, формула якого наведена нижче, застосовують як основний реагент в більшості подібних виробництв, оскільки особливості його хімічної природи визначили важливість використання цього простого представника нитроаренов.

Структура сполуки

У хімії формула нітробензолу зображується у вигляді ароматичного кільця, до якого приєднана нитрогруппа, що володіє яскраво вираженими электроакцепторными властивостями. Іон нитрония NO 2 + позбавляє з'єднання здатності до подальшого электрофильному заміщення. Даний заступник відтягує електронну щільність ароматичного кільця в структурній формулі нітробензолу на себе (приклад 1), тим самим роблячи його мало реакционноспособным до будь-яких подібних реакцій, у тому числі до синтезу по Фриделю-Крафтсу.


Структурна формула нітробензолу
Ця особливість виражається і в нездатності легкого полинитрования подібних з'єднань, тому для прямого отримання динитро - і тринитробензолов потрібні досить жорсткі умови і додаткові агенти, наприклад, високі температури або каталізатори. Проте присутність в молекулі будь-яких электродонорных заступників начебто метилової або гидроксигруппы полегшує не тільки реакції приєднання, але і сприяють більш простому нуклеофільного заміщення. Така особливість пояснює все тим же відтягуванням щільності кільця, тільки в даному випадку вона розподіляється між ориентантами згідно силі їх індуктивного і мезомерного ефектів.

Особливості заступника

Оскільки –NO 2 є ориентантом 2-ого роду, її дезактивирующее дію на ароматичне кільце приводить до визначення заступників, переважно, в мета-положення. Але при отриманні нітропохідних, наприклад, толуолу або фенолу ,–NO 2 стає в орто - або пара-положення, так як дані заступники за рахунок додавання електронної густини (мезомерный ефект) визначають місце нітрогрупи в з'єднанні (приклад 2). Простіше кажучи, наявність ориентантов 1-ого роду регулює постановку –NO 2 у хімічній формулі нітробензолу сильніше, ніж наявність груп 2-го роду.

Отримання нітробензолу

Отримання даної речовини в промисловості здійснюється прямим нитрованием бензолу сумішшю сірчаної (H 2 SO 4 ) та азотної (HNO 3 ) кислот з виходом від 96 до 99% (приклад 3). Рідко в лабораторних умовах формулу нітробензолу синтезують шляхом заміни або зміни вже наявних груп, оскільки вихід в таких реакціях досить низький, а сам процес вимагає особливих умов.
Структурна формула нітробензолу
Ще одним спосіб отримання є окислення аніліну пероксисоединениями, наприклад, пероксисерной (H 2 SO 5 ) або перокситрифторуксусной кислотою (CF 3 C(O)OOH), а також перекисом водню (H 2 O 2 ). Ця реакція вимагає контролю показників рН-середовища, так як в лужному середовищі утворюється переважно азоксибензол (приклад 4).

Фізичні властивості

Нітробензол є маслянистою рідиною, нерозчинної у воді, зі специфічним запахом гіркого мигдалю і дуже токсичним для людини. Проте він добре розчинний в органічних розчинниках начебто бензолу та діетилового ефіру. У разі прямого одержання з бензолу, його відокремлюють від непрореагіровавшей суміші перегонкою з водяною парою.

Взаємодія з электрофильными реагентами

Як було сказано вище, наявність нітрогрупи у складі формули нітробензолу робить з'єднання менш реакционноспособным до электрофильному заміщення, однак процес подальшого нітрування все ж може відбуватися під дією сильних кислот та високих температур.
Структурна формула нітробензолу
Для отримання динитробензола крім використання нітруючою суміші (H 2 SO 4 + HNO 3 потрібно значне термічне вплив, однак процес проходить дуже важко, і в результаті утворюється суміш з великої кількості мета-нітросполуки та неістотних часткою орто - і пара-похідних (приклад 5). Тринітробензол не утворюється прямим нитрованием, однак при використанні трифтористого бору (BF 3 ) і суміші концентрованих H 2 SO 4 і HNO 3 його отримують з досить непоганим виходом (приклад 6).

Нуклеофильное заміщення

За формулою нітробензолу можна судити, що сам по собі він володіє слабкими акцепторними властивостями, тому може працювати тільки з дуже сильними электродонорными речовинами. Найчастіше реагенти діють на нітрогрупу з утворенням азокси - і азосоединений, проте при підборі правильних окислювачів можна отримати невеликий вихід фенольних похідних. Прикладом може служити синтез ізомерів нітрофенолу шляхом прямого впровадження гідроксильної групи в ароматичне кільце (приклад 7). Такі реакції проходять повільно і вимагають дуже жорстких умов.

Структурна формула нітробензолу
По мірі збільшення кількості нитрогрупп, такі сполуки проявляють набагато більш сильні акцепторні властивості, що полегшує протікання реакції із слабкими нуклеофільними та основними реагентами.

Роль структури нітробензолу в отриманні первинних амінів

Нитрогруппа є заступником, здатним відновлятися до різноманітних продуктів в кислих, нейтральних та лужних середовищах. Весь процес відновлення структурної формули нітробензолу до первинного аміну можна представити у вигляді багатостадійного процесу. В першу чергу, при приєднанні 2 атомів водню утворюється нитрозобензол, який у чистому вигляді виділити досить важко (рис. 1А). Наступним етапом відновлення є отримання арилгидроксиламина, який в кислому середовищі (pH < 6) легко превращается в анилин (рис. 1Б). Также возможно протекание побочной перегруппировки данного промежуточного соединения в аминофенолы (рис. 1В). В чистом виде арилгидроксиламин получают при доведении показателей pH-среды до нейтральных значений.
Структурна формула нітробензолу
Лужне середовище (рн > 8) впливає на хід реакції з утворенням азокси і азосоединений як продуктів конденсації арилгидроксиламина і нитрозобензола, останній в даних умовах відновлюється дуже повільно. Одержуваний азоксибензол при підкисленні дає азопроизводное (рис. 2А), а воно, у свою чергу, реагує з атомами водню з утворенням гидразосоединения (рис. 2Б). При відновленні останнього отримують готовий ариламин (рис. 2В). Структурні формули нітробензолу і аніліну представлені під римськими цифрами I і II на малюнках 1 і 2.
Структурна формула нітробензолу

Реакція Зініна

У 1842 р. російський вчений Зінін Н.Н. синтезував з нітробензолу формулу аніліну шляхом відновлення першого сульфідом амонію ((NH 4 ) 2 S) (приклад 8).
Структурна формула нітробензолу
Згодом вчений підтвердив доцільність використання реакції при отриманні ароматичних амінів з інших нітросполук, що дозволило розвинути великомасштабне виробництво синтетичних барвників, вибухових речовин, а також спеціальних фармацевтичних препаратів.
Структурна формула нітробензолу
  • Коментують
  • Сьогодні
  • Читають