Co je nitrobenzen? Jedná se o organickou sloučeninu, která je aromatickým jádrem a je k němu připojena nitroskupina. Vzhledově jsou to v závislosti na teplotě jasně žluté krystaly nebo olejovitá kapalina. Má mandlovou vůni. Toxický.
Strukturní vzorec nitrobenzenu
Nitroskupina je velmi silným akceptorem elektronové hustoty. Proto má molekula nitrobenzenu negativní indukční a negativní mezomerní účinek. Nitroskupina poměrně silně přitahuje elektronovou hustotu aromatického jádra a deaktivuje jej. Elektrofilní činidla již nejsou tak silně přitahována k jádru, a proto se nitrobenzen tak aktivně neúčastní takových reakcí. Aby bylo možné přímo přidat další nitroskupinu k nitrobenzenu, jsou zapotřebí velmi drsné podmínky, mnohem přísnější než při syntéze mononitrobenzenu. Totéž platí pro halogeny, sulfoskupiny atd.
Ze strukturního vzorce nitrobenzenu je vidět, že jedna vazba dusíku s kyslíkem je jednoduchá a druhá je dvojitá. Ale ve skutečnosti jsou díky mezomerickému efektu oba ekvivalentní a mají stejnou délku 0,123 nm.
Získávání nitrobenzenu v průmyslu
Nitrobenzen je důležitým meziproduktem při syntéze mnoha látek. Proto se vyrábí v průmyslovém měřítku. Hlavním způsobem získání nitrobenzenu je nitrace benzenu. Obvykle se k tomu používá nitrační směs (směs koncentrované kyseliny sírové a dusičné). Reakce se provádí po dobu 45 minut při teplotě přibližně 50 °C. Výtěžek nitrobenzenu je 98 %. Proto se tato metoda používá především v průmyslu. Pro jeho realizaci existují speciální instalace periodického i kontinuálního typu. V roce 1995 byla produkce nitrobenzenu v USA 748 000 tun ročně.
Nitrace benzenu může být také provedena jednoduše koncentrovanou kyselinou dusičnou, ale v tomto případě bude výtěžek produktu nižší.
Získání nitrobenzenu v laboratoři
Existuje jiný způsob, jak získat nitrobenzen. Jako surovina je zde použit anilin (aminobenzen), který se oxiduje peroxysloučeninami. Díky tomu je aminoskupina nahrazena nitroskupinou. Při této reakci však vzniká několik vedlejších produktů, což brání efektivnímu využití této metody v průmyslu. Nitrobenzen se navíc používá hlavně pro syntézu anilinu, takže nemá smysl používat anilin pro výrobu nitrobenzenu.
Fyzikální vlastnosti
Při pokojové teplotě je nitrobenzen bezbarvá olejovitá kapalina s vůní hořkých mandlí. Při teplotě 5,8 °C toztvrdne na žluté krystaly. Nitrobenzen vře při 211 °C a samovolně se vznítí při 482 °C. Tato látka, téměř jako každá aromatická sloučenina, je nerozpustná ve vodě, ale je vysoce rozpustná v organických sloučeninách, zejména v benzenu. Může být také destilován parou.
Elektrofilní substituce
Pro nitrobenzen, stejně jako pro jakýkoli arén, jsou charakteristické reakce elektrofilní substituce do jádra, i když jsou v porovnání s benzenem poněkud obtížné kvůli vlivu nitroskupiny. Dinitrobenzen lze tedy získat z nitrobenzenu další nitrací směsí kyseliny dusičné a sírové při zvýšené teplotě. Výsledný produkt bude převážně (93 %) sestávat z meta-dinitrobenzenu. Je dokonce možné získat trinitrobenzen přímou cestou. K tomu je ale nutné použít ještě přísnější podmínky, stejně jako fluorid boritý.
Stejným způsobem lze sulfonovat nitrobenzen. K tomu použijte velmi silné síření - oleum (roztok oxidu sírového VI v kyselině sírové). Teplota reakční směsi musí být alespoň 80 °C. Další elektrofilní substituční reakcí je přímá halogenace. Jako katalyzátory se používají silné Lewisovy kyseliny (chlorid hlinitý, fluorid boritý atd.) a zvýšené teploty.
Nukleofilní substituce
Jak je vidět ze strukturního vzorce, nitrobenzen může reagovat se silnými elektrondonorovými sloučeninami. Tohle jemožná vlivem nitroskupiny. Příkladem takové reakce je interakce s koncentrovanými nebo pevnými hydroxidy alkalických kovů. Touto reakcí však nevzniká nitrobenzen sodný. Chemický vzorec nitrobenzenu spíše naznačuje přidání hydroxylové skupiny k jádru, tj. tvorbu nitrofenolu. Ale to se děje pouze za poměrně drsných podmínek.
K podobné reakci dochází s organohořčíkovými sloučeninami. Uhlovodíkový radikál je připojen k jádru v poloze ortho nebo para k nitroskupině. Vedlejším procesem je v tomto případě redukce nitroskupiny na aminoskupinu. Nukleofilní substituční reakce jsou snazší, pokud existuje několik nitroskupin, protože přitahují elektronovou hustotu jádra ještě silněji.
Reakce obnovy
Jak víte, nitrosloučeniny lze redukovat na aminy. Výjimkou není ani nitrobenzen, jehož vzorec možnost této reakce naznačuje. V průmyslu se často používá pro syntézu anilinu.
Nitrobenzen však může poskytnout mnoho dalších produktů regenerace. Nejčastěji se využívá redukce atomárním vodíkem v době jeho uvolňování, tedy v reakční směsi probíhá kyselá reakce s kovem a uvolněný vodík reaguje s nitrobenzenem. Obvykle tato interakce produkuje anilin.
Pokud se nitrobenzen zpracuje se zinkovým prachem v roztoku chloridu amonného, bude reakčním produktem N-fenylhydroxylamin. Tuto sloučeninu lze celkem snadno standardním způsobem redukovat na anilin, nebo zoxidovat zpět na nitrobenzen silným oxidačním činidlem.
Redukci lze také provádět v plynné fázi molekulárním vodíkem v přítomnosti platiny, palladia nebo niklu. V tomto případě se také získá anilin, ale existuje možnost redukce samotného benzenového kruhu, což je často nežádoucí. Někdy se také používá katalyzátor, jako je Raneyův nikl. Je to porézní nikl, nasycený vodíkem a obsahující 15 % hliníku.
Když je nitrobenzen redukován alkoholáty draselnými nebo sodnými, vzniká azoxybenzen. Pokud použijete silnější redukční činidla v alkalickém prostředí, získáte azobenzen. Tato reakce je také docela důležitá, protože s její pomocí se syntetizují některá barviva. Azobenzen může být podroben další redukci v alkalickém prostředí za vzniku hydrazobenzenu.
Zpočátku byla redukce nitrobenzenu prováděna sulfidem amonným. Tuto metodu navrhl v roce 1842 N. N. Zinin, takže reakce nese jeho jméno. Ale v tuto chvíli se v praxi používá jen zřídka kvůli nízké výtěžnosti.
Aplikace
Samotný nitrobenzen se používá velmi zřídka, pouze jako selektivní rozpouštědlo (např. pro étery celulózy) nebo mírné oxidační činidlo. Někdy se přidává do roztoků na leštění kovů.
Téměř veškerý vyrobený nitrobenzen se využívá k syntéze dalších užitečných látek (například anilinu), které zasepoužívá se pro syntézu léčiv, barviv, polymerů, výbušnin atd.
Nebezpečí
Vzhledem ke svým fyzikálním a chemickým vlastnostem je nitrobenzen velmi nebezpečnou sloučeninou. Má úroveň zdravotní nebezpečnosti tři ze čtyř podle NFPA 704. Kromě toho, že je vdechován nebo přes sliznice, je také absorbován kůží. Při otravě velkou koncentrací nitrobenzenu může člověk ztratit vědomí a zemřít. Při nízkých koncentracích příznaky otravy zahrnují malátnost, závratě, tinitus, nevolnost a zvracení. Charakteristickým rysem otravy nitrobenzenem je vysoká míra infekce. Příznaky se objevují velmi rychle: reflexy jsou narušeny, krev se stává tmavě hnědou kvůli tvorbě methemoglobinu v ní. Někdy se na kůži mohou objevit vyrážky. Koncentrace postačující pro podání je velmi nízká, i když neexistují přesné údaje o smrtelné dávce. V odborné literatuře se často vyskytuje informace, že k zabití člověka stačí 1-2 kapky nitrobenzenu.
Léčba
V případě otravy nitrobenzenem musí být oběť okamžitě odstraněna z toxické oblasti a zbavena kontaminovaného oděvu. Tělo se umyje teplou mýdlovou vodou, aby se z pokožky odstranil nitrobenzen. Každých 15 minut je oběť inhalována karbogenem. Při mírné otravě je třeba užívat cystamin, pyridoxin nebo kyselinu lipoovou. V těžších případech se doporučuje intravenózní podání methylenové modři nebo chromosmonu. Vpři otravě nitrobeznolem ústy je nutné ihned vyvolat zvracení a vypláchnout žaludek teplou vodou. Je kontraindikováno přijímat jakýkoli tuk, včetně mléka.
