Hvad er nitrobenzen? Dette er en organisk forbindelse, der er en aromatisk kerne og en nitrogruppe knyttet til den. Afhængigt af temperaturen er de lyse gule krystaller eller en olieagtig væske. Har en mandelduft. Giftig.
Strukturformel for nitrobenzen
Nitrogruppen er en meget stærk elektrontæthedsacceptor. Derfor har nitrobenzenmolekylet en negativ induktiv og negativ mesomerisk effekt. Nitrogruppen tiltrækker temmelig kraftigt elektrontætheden af den aromatiske kerne og deaktiverer den. Elektrofile reagenser tiltrækkes ikke længere så stærkt til kernen, og derfor er nitrobenzen ikke så aktivt involveret i sådanne reaktioner. For direkte at tilføje en anden nitrogruppe til nitrobenzen er der brug for meget barske forhold, meget strengere end ved syntesen af mononitrobenzen. Det samme gælder for halogener, sulfogrupper osv.
Fra strukturformlen for nitrobenzen kan det ses, at den ene binding af nitrogen med oxygen er enkelt, og den anden er dobbelt. Men faktisk, på grund af den mesomeriske effekt, er de begge ækvivalente og har samme længde på 0,123 nm.
Opnåelse af nitrobenzen i industrien
Nitrobenzen er et vigtigt mellemprodukt i syntesen af mange stoffer. Derfor produceres det i industriel skala. Den vigtigste måde at opnå nitrobenzen på er nitrering af benzen. Norm alt bruges en nitrerende blanding (en blanding af koncentreret svovlsyre og salpetersyre) til dette. Reaktionen udføres i 45 minutter ved en temperatur på ca. 50°C. Udbyttet af nitrobenzen er 98%. Derfor bruges denne metode hovedsageligt i industrien. Til implementeringen er der specielle installationer af både periodiske og kontinuerlige typer. I 1995 var amerikansk nitrobenzenproduktion på 748.000 tons om året.
Nitrering af benzen kan også udføres blot med koncentreret salpetersyre, men i dette tilfælde vil udbyttet af produktet være lavere.
Anskaffelse af nitrobenzen i laboratoriet
Der er en anden måde at få nitrobenzen på. Her bruges anilin (aminobenzen) som råmateriale, der oxideres med peroxyforbindelser. På grund af dette er aminogruppen erstattet af en nitrogruppe. Men under denne reaktion dannes flere biprodukter, som forhindrer effektiv brug af denne metode i industrien. Desuden bruges nitrobenzen hovedsageligt til syntese af anilin, så det giver ingen mening at bruge anilin til fremstilling af nitrobenzen.
Fysiske egenskaber
Nitrobenzen er ved stuetemperatur en farveløs olieagtig væske med en bitter mandellugt. Ved en temperatur på 5,8 °C er dethærder til gule krystaller. Nitrobenzen koger ved 211°C og antændes spontant ved 482°C. Dette stof, næsten som enhver aromatisk forbindelse, er uopløseligt i vand, men det er meget opløseligt i organiske forbindelser, især i benzen. Den kan også dampdestilleres.
Elektrofil substitution
For nitrobenzen, som for enhver aren, er reaktioner af elektrofil substitution i kernen karakteristiske, selvom de er noget vanskelige sammenlignet med benzen på grund af nitrogruppens indflydelse. Så dinitrobenzen kan opnås fra nitrobenzen ved yderligere nitrering med en blanding af salpetersyre og svovlsyre ved en forhøjet temperatur. Det resulterende produkt vil overvejende (93%) bestå af meta-dinitrobenzen. Det er endda muligt at opnå trinitrobenzen på en direkte måde. Men til dette er det nødvendigt at bruge endnu strengere betingelser, såvel som bortrifluorid.
På samme måde kan nitrobenzen sulfoneres. For at gøre dette skal du bruge et meget stærkt svovlmiddel - oleum (opløsning af svovloxid VI i svovlsyre). Temperaturen af reaktionsblandingen skal være mindst 80 °C. En anden elektrofil substitutionsreaktion er direkte halogenering. Stærke Lewis-syrer (aluminiumchlorid, bortrifluorid osv.) og forhøjede temperaturer bruges som katalysatorer.
Nukleofil substitution
Som det kan ses af strukturformlen, kan nitrobenzen reagere med stærke elektrondonorforbindelser. Dette ermuligvis på grund af nitrogruppens indflydelse. Et eksempel på en sådan reaktion er interaktionen med koncentrerede eller faste hydroxider af alkalimetaller. Men denne reaktion danner ikke natriumnitrobenzen. Den kemiske formel for nitrobenzen antyder snarere tilføjelsen af en hydroxylgruppe til kernen, dvs. dannelsen af nitrophenol. Men dette sker kun under ret barske forhold.
En lignende reaktion forekommer med organomagnesiumforbindelser. Kulbrintegruppen er bundet til kernen i ortho- eller parapositionen til nitrogruppen. En sideproces i dette tilfælde er reduktionen af nitrogruppen til aminogruppen. Nukleofile substitutionsreaktioner er nemmere, hvis der er flere nitrogrupper, da de vil trække elektrondensiteten af kernen endnu stærkere.
Recovery-reaktion
Som du ved, kan nitroforbindelser reduceres til aminer. Nitrobenzen er ingen undtagelse, hvis formel antyder muligheden for denne reaktion. Det bruges ofte i industrien til syntese af anilin.
Men nitrobenzen kan give en masse andre genvindingsprodukter. Oftest anvendes reduktion med atomisk hydrogen på tidspunktet for dets frigivelse, dvs. en syre-metal-reaktion udføres i reaktionsblandingen, og det frigivne hydrogen reagerer med nitrobenzen. Norm alt producerer denne interaktion anilin.
Hvis nitrobenzen behandles med zinkstøv i en ammoniumchloridopløsning, vil reaktionsproduktet være N-phenylhydroxylamin. Denne forbindelse kan ganske let reduceres til anilin på standardmåden eller oxideres tilbage til nitrobenzen med et stærkt oxidationsmiddel.
Reduktion kan også udføres i gasfasen med molekylært hydrogen i nærvær af platin, palladium eller nikkel. I dette tilfælde opnås også anilin, men der er mulighed for reduktion af selve benzenringen, hvilket ofte er uønsket. Nogle gange bruges også en katalysator som Raney-nikkel. Det er porøst nikkel, mættet med brint og indeholder 15 % aluminium.
Når nitrobenzen reduceres med kalium- eller natriumalkoholater, dannes azoxybenzen. Bruger du stærkere reduktionsmidler i et alkalisk miljø, får du azobenzen. Denne reaktion er også ret vigtig, da nogle farvestoffer syntetiseres med dens hjælp. Azobenzen kan udsættes for yderligere reduktion i et alkalisk medium for at danne hydrazobenzen.
Initi alt blev reduktionen af nitrobenzen udført med ammoniumsulfid. Denne metode blev foreslået i 1842 af N. N. Zinin, så reaktionen bærer hans navn. Men i øjeblikket bruges den sjældent i praksis på grund af det lave udbytte.
Application
Nitrobenzen i sig selv bruges meget sjældent, kun som et selektivt opløsningsmiddel (f.eks. til celluloseethere) eller et mildt oxidationsmiddel. Det føjes nogle gange til metalpoleringsløsninger.
Næsten alt produceret nitrobenzen bruges til syntese af andre nyttige stoffer (f.eks. anilin), som igen,bruges til syntese af stoffer, farvestoffer, polymerer, sprængstoffer osv.
Fare
På grund af dets fysiske og kemiske egenskaber er nitrobenzen en meget farlig forbindelse. Det har et sundhedsfareniveau tre ud af fire under NFPA 704. Udover at blive inhaleret eller gennem slimhinder, absorberes det også gennem huden. Når en person bliver forgiftet af en stor koncentration af nitrobenzen, kan en person miste bevidstheden og dø. Ved lave koncentrationer omfatter symptomer på forgiftning utilpashed, svimmelhed, tinnitus, kvalme og opkastning. Et træk ved nitrobenzenforgiftning er den høje infektionsrate. Symptomer vises meget hurtigt: reflekser forstyrres, blodet bliver mørkebrunt på grund af dannelsen af methæmoglobin i det. Nogle gange kan der være udslæt på huden. Koncentrationen, der er tilstrækkelig til administration, er meget lav, selvom der ikke er nøjagtige data om den dødelige dosis. Der findes ofte oplysninger i speciallitteratur om, at 1-2 dråber nitrobenzen er nok til at dræbe en person.
Behandling
I tilfælde af nitrobenzenforgiftning skal offeret straks fjernes fra det giftige område og af med forurenet tøj. Kroppen vaskes med varmt sæbevand for at fjerne nitrobenzen fra huden. Hvert 15. minut inhaleres offeret med carbogen. Ved mild forgiftning bør cystamin, pyridoxin eller liponsyre tages. I mere alvorlige tilfælde anbefales intravenøs methylenblåt eller chromosmon. Påforgiftning med nitrobeznol gennem munden, er det nødvendigt straks at fremkalde opkastning og skylle maven med varmt vand. Det er kontraindiceret at tage noget fedt, inklusive mælk.
