Cos'è il nitrobenzene? Questo è un composto organico che è un nucleo aromatico e un gruppo nitro ad esso attaccato. In apparenza, a seconda della temperatura, sono cristalli di colore giallo brillante o un liquido oleoso. Ha un profumo di mandorla. Tossico.
Formula strutturale del nitrobenzene
Il gruppo nitro è un accettore di densità elettronica molto forte. Pertanto, la molecola di nitrobenzene ha un effetto mesomerico negativo e induttivo negativo. Il gruppo nitro attira piuttosto fortemente la densità elettronica del nucleo aromatico, disattivandola. I reagenti elettrofili non sono più attratti dal nucleo in modo così forte e quindi il nitrobenzene non è così attivamente coinvolto in tali reazioni. Per aggiungere direttamente un altro gruppo nitro al nitrobenzene, sono necessarie condizioni molto dure, molto più stringenti che nella sintesi del mononitrobenzene. Lo stesso vale per alogeni, gruppi sulfo, ecc.
Dalla formula strutturale del nitrobenzene si può vedere che un legame dell'azoto con l'ossigeno è singolo e l' altro è doppio. Ma in effetti, a causa dell'effetto mesomerico, sono entrambi equivalenti e hanno la stessa lunghezza di 0,123 nm.
Ottenere nitrobenzene nell'industria
Il nitrobenzene è un importante intermedio nella sintesi di molte sostanze. Pertanto, è prodotto su scala industriale. Il modo principale per ottenere il nitrobenzene è la nitrazione del benzene. Di solito per questo viene utilizzata una miscela nitrante (una miscela di acido solforico concentrato e acido nitrico). La reazione viene condotta per 45 minuti ad una temperatura di circa 50°C. La resa in nitrobenzene è del 98%. Ecco perché questo metodo è utilizzato principalmente nell'industria. Per la sua realizzazione sono previste installazioni speciali sia di tipo periodico che continuo. Nel 1995, la produzione di nitrobenzene negli Stati Uniti era di 748.000 tonnellate all'anno.
La nitrazione del benzene può essere effettuata anche semplicemente con acido nitrico concentrato, ma in questo caso la resa del prodotto sarà inferiore.
Ottenere nitrobenzene in laboratorio
C'è un altro modo per ottenere il nitrobenzene. L'anilina (aminobenzene) viene qui utilizzata come materia prima, che viene ossidata con composti perossidici. Per questo motivo, il gruppo amminico viene sostituito da un gruppo nitro. Ma durante questa reazione si formano diversi sottoprodotti, il che impedisce l'uso efficace di questo metodo nell'industria. Inoltre, il nitrobenzene viene utilizzato principalmente per la sintesi dell'anilina, quindi non ha senso utilizzare l'anilina per la produzione di nitrobenzene.
Proprietà fisiche
A temperatura ambiente, il nitrobenzene è un liquido oleoso incolore con un odore di mandorla amara. Ad una temperatura di 5,8 °C, essosi indurisce in cristalli gialli. Il nitrobenzene bolle a 211°C e si accende spontaneamente a 482°C. Questa sostanza, quasi come qualsiasi composto aromatico, è insolubile in acqua, ma è altamente solubile nei composti organici, soprattutto nel benzene. Può anche essere distillato a vapore.
Sostituzione elettrofila
Per il nitrobenzene, come per qualsiasi arene, sono caratteristiche reazioni di sostituzione elettrofila nel nucleo, sebbene siano alquanto difficili rispetto al benzene per l'influenza del gruppo nitro. Quindi, il dinitrobenzene può essere ottenuto dal nitrobenzene mediante ulteriore nitrazione con una miscela di acido nitrico e solforico a temperatura elevata. Il prodotto risultante sarà costituito prevalentemente (93%) da meta-dinitrobenzene. È anche possibile ottenere il trinitrobenzene in modo diretto. Ma per questo è necessario utilizzare condizioni ancora più rigorose, oltre al trifluoruro di boro.
Allo stesso modo, il nitrobenzene può essere solfonato. Per fare ciò, utilizzare un agente solforante molto forte - oleum (soluzione di ossido di zolfo VI in acido solforico). La temperatura della miscela di reazione deve essere di almeno 80 °C. Un' altra reazione di sostituzione elettrofila è l'alogenazione diretta. Come catalizzatori vengono utilizzati acidi di Lewis forti (cloruro di alluminio, trifluoruro di boro, ecc.) e temperature elevate.
Sostituzione nucleofila
Come si può vedere dalla formula strutturale, il nitrobenzene può reagire con forti composti elettron-donatori. Questo èforse a causa dell'influenza del gruppo nitro. Un esempio di tale reazione è l'interazione con idrossidi concentrati o solidi di metalli alcalini. Ma questa reazione non forma nitrobenzene di sodio. La formula chimica del nitrobenzene suggerisce piuttosto l'aggiunta di un gruppo ossidrile al nucleo, cioè la formazione di nitrofenolo. Ma questo accade solo in condizioni abbastanza difficili.
Una reazione simile si verifica con i composti organomagnesio. Il radicale idrocarburico è attaccato al nucleo in posizione orto o para al gruppo nitro. Un processo collaterale in questo caso è la riduzione del gruppo nitro al gruppo amminico. Le reazioni di sostituzione nucleofila sono più facili se sono presenti diversi gruppi nitro, poiché attireranno ancora più fortemente la densità elettronica del nucleo.
Reazione di recupero
Come sai, i nitrocomposti possono essere ridotti ad ammine. Il nitrobenzene non fa eccezione, la cui formula suggerisce la possibilità di questa reazione. Viene spesso utilizzato nell'industria per la sintesi di anilina.
Ma il nitrobenzene può fornire molti altri prodotti di recupero. Molto spesso, al momento del suo rilascio viene utilizzata la riduzione con idrogeno atomico, ad es. nella miscela di reazione viene eseguita una reazione acido-metallo e l'idrogeno rilasciato reagisce con il nitrobenzene. Di solito, questa interazione produce anilina.
Se il nitrobenzene viene trattato con polvere di zinco in una soluzione di cloruro di ammonio, il prodotto di reazione sarà N-fenilidrossilammina. Questo composto può essere facilmente ridotto ad anilina nel modo standard, o ossidato di nuovo a nitrobenzene con un forte agente ossidante.
La riduzione può essere effettuata anche in fase gas con idrogeno molecolare in presenza di platino, palladio o nichel. In questo caso si ottiene anche l'anilina, ma esiste la possibilità di riduzione dell'anello benzenico stesso, che è spesso indesiderabile. A volte viene utilizzato anche un catalizzatore come il nichel Raney. È nichel poroso, saturo di idrogeno e contenente il 15% di alluminio.
Quando il nitrobenzene viene ridotto da alcolati di potassio o di sodio, si forma azossibenzene. Se usi agenti riducenti più forti in un ambiente alcalino, ottieni azobenzene. Anche questa reazione è abbastanza importante, poiché alcuni coloranti vengono sintetizzati con il suo aiuto. L'azobenzene può essere sottoposto a ulteriore riduzione in un mezzo alcalino per formare idrazobenzene.
Inizialmente, la riduzione del nitrobenzene è stata effettuata con solfuro di ammonio. Questo metodo fu proposto nel 1842 da N. N. Zinin, quindi la reazione porta il suo nome. Ma al momento è usato raramente nella pratica a causa della bassa resa.
Applicazione
Il nitrobenzene stesso viene utilizzato molto raramente, solo come solvente selettivo (ad esempio per gli eteri di cellulosa) o come agente ossidante blando. A volte viene aggiunto alle soluzioni per la lucidatura dei metalli.
Quasi tutto il nitrobenzene prodotto viene utilizzato per la sintesi di altre sostanze utili (ad esempio l'anilina), che, a loro volta,utilizzato per la sintesi di farmaci, coloranti, polimeri, esplosivi, ecc.
Pericolo
A causa delle sue proprietà fisiche e chimiche, il nitrobenzene è un composto molto pericoloso. Ha un livello di rischio per la salute tre su quattro secondo NFPA 704. Oltre ad essere inalato o attraverso le mucose, viene anche assorbito attraverso la pelle. Quando viene avvelenato da una grande concentrazione di nitrobenzene, una persona può perdere conoscenza e morire. A basse concentrazioni, i sintomi di avvelenamento comprendono malessere, vertigini, acufeni, nausea e vomito. Una caratteristica dell'avvelenamento da nitrobenzene è l' alto tasso di infezione. I sintomi compaiono molto rapidamente: i riflessi sono disturbati, il sangue diventa marrone scuro a causa della formazione di metaemoglobina in esso. A volte ci possono essere eruzioni cutanee sulla pelle. La concentrazione sufficiente per la somministrazione è molto bassa, sebbene non ci siano dati esatti sulla dose letale. Nella letteratura specializzata si trovano spesso informazioni che 1-2 gocce di nitrobenzene sono sufficienti per uccidere una persona.
Trattamento
In caso di avvelenamento da nitrobenzene, la vittima deve essere immediatamente rimossa dall'area tossica e liberata degli indumenti contaminati. Il corpo viene lavato con acqua tiepida e sapone per rimuovere il nitrobenzene dalla pelle. Ogni 15 minuti, la vittima viene inalata con del carbonio. Per l'avvelenamento lieve, dovrebbero essere assunti cistamina, piridossina o acido lipoico. Nei casi più gravi si raccomanda la somministrazione endovenosa di blu di metilene o cromosmone. Inavvelenamento con nitrobeznolo attraverso la bocca, è necessario indurre immediatamente il vomito e sciacquare lo stomaco con acqua tiepida. È controindicato assumere qualsiasi grasso, compreso il latte.
