Структурна формула нитробензена

Нитро једињења су неопходна у синтези разних азо боја, као иу производњи пиротехничких и експлозивних производа. Конкретно, нитробензен, чија је формула приказана у наставку, користи се као главни реагенс у већини сличних индустрија, будући да карактеристике његове хемијске природе одређују важност употребе овог једноставног представника нитроарена.

Структура везе

У хемији, нитробензенска формула је приказана као ароматски прстен на који је везана нитро група, која има изражене електро-акцепторске особине. Нитронијумов јон НО2 ⁺ одузима способност једињења за даљу електрофилну супституцију. Овај супституент деградира електронску густину ароматичног прстена у структуралној формули нитробензена на себе (пример 1), чиме се чини мало реактивним на било које сличне реакције, укључујући синтезу Фриедел-Црафтс-а.

Ова карактеристика је такође изражена у немогућности да се лако полинитирају таква једињења, стога су за директну производњу динитро и тринитробензена потребни директни услови и додатни агенси, као што су високе температуре или катализатори. Међутим, присуство било којег супституента који донирају електроне у молекулу, као што је метил или хидрокси група, олакшава не само реакције адиције, већ и олакшава једноставнију нуклеофилну супституцију. Ова особина објашњава све исто оттиагирование густоће прстена, само у овом случају, она се распоређује између оријентаната према јачини њихових индуктивних и мезомерних ефеката.

Феатурес замјеника

Пошто је -Н02 ₂ оријентант друге врсте, његов деактивирајући ефекат на ароматични прстен доводи до дефиниције супституената, углавном у мета позицији. Али када се добију нитро деривати, на пример толуен или фенол, -Н02 постаје орто или пара позиција, пошто ти супституенти одређују место нитро групе у једињењу (пример 2) додавањем електронске густине (мезомерни ефекат). Једноставно речено, присуство првокласних ориентаната регулише подешавање –НО ₂ у хемијској формули нитробензена јаче него присуство група друге врсте.

Добивање нитробензена

Добијање ове супстанце у индустрији се врши директним нитровањем бензена са смешом сумпорних (Х2С04) и азотних (ХНО ₃ ) киселина са приносом од 96 до 99% (пример 3). Ретко у лабораторијским условима, формула нитробензена се синтетише заменом или модификацијом постојећих група, јер је принос у таквим реакцијама веома низак, а сам процес захтева посебне услове.

Други начин производње је оксидација анилина перокси једињењима, на пример, пероксисулфурна киселина (Х2СО5) или перокситрифлуороацетатна киселина (ЦФ3Ц (О) ООХ), као и водоник пероксид (Х202). Ова реакција захтева праћење пХ медијума, пошто се азоксибензен претежно формира у алкалном медијуму (Пример 4).

Пхисицал пропертиес

Нитробензен је уљаста течност, нерастворљива у води, са специфичним мирисом горких бадема и веома токсичног за људе. Међутим, добро је растворљив у органским растварачима као што су бензен и диетил етар. У случају директне припреме из бензена, она се издваја из нереагиране смјесе дестилацијом паре.

Интеракција са електрофилним реагенсима

Као што је горе поменуто, присуство нитро групе у саставу нитробензенске формуле чини једињење мање реактивним на електрофилну супституцију, али процес даљег нитрирања може још увек да се одвија под дејством јаких киселина и високих температура.

Да би се добио динитробензен, поред употребе мешавине за нитрирање (Х2С04 + ХНО3), потребан је значајан топлотни ефекат, али је процес веома тежак, и као резултат се формира мешавина велике количине мета-нитро једињења и незнатних фракција орто и пара деривата (Пример 5 ).

Тринитробензен се не формира директним нитрирањем, међутим, употребом бор трифлуорида (БФ ₃ ) и смеша концентрованог Х2С04 и ХН03 _, добија се са прилично добрим приносом (пример 6).

Нуклеофилна супституција

Према формули нитробензена, може се процијенити да сама по себи има слаба својства акцептора, те стога може да ступа у интеракцију само са веома јаким електро-донорским супстанцама. Најчешће, реактанти делују на нитро групу да би формирали азокси и азо једињења, међутим, одабиром исправних оксидационих средстава, може се добити мали принос фенолних деривата. Пример је синтеза нитрофенолних изомера директним увођењем хидроксилне групе у ароматични прстен (Пример 7). Такве реакције се одвијају споро и захтевају веома тешке услове.

Како се број нитро група повећава, таква једињења показују много јача својства акцептора, што олакшава реакцију са слабим нуклеофилним и базичним реагенсима.

Улога структуре нитробензена у производњи примарних амина

Нитро група је супституент који се може редуковати на различите производе у киселим, неутралним и алкалним срединама. Цео процес обнављања структурне формуле нитробензена у примарни амин може се представити као вишестепени процес.

Прије свега, додавањем 2 атома водика настаје нитрозобензен, који је тешко изолирати у чистом облику (сл. 1А).

Следећи корак опоравка је добијање арилхидроксиламина, који се у киселој средини (пХ <6) лако претвара у анилин (слика 1Б). Такође је могуће да се секундарна преградња овог интермедијерног једињења дешава у аминофенолима (Слика 1Б). У свом чистом облику, арилхидроксиламин се добија подешавањем пХ вредности на неутралне вредности.

Алкални медијум (пХ> 8) утиче на ток реакције формирањем азокси и азо једињења као продуката кондензације арилхидроксиламина и нитрозобензена, који се у тим условима веома споро враћа. Добијени азоксибензен након закисељавања даје азо-дериват (Сл. 2А), и он, заузврат, реагује са атомима водоника да формира хидразо једињење (Слика 2Б).

Када се потоњи обнови, добија се спреман ариламин (слика 2Б). Структурне формуле нитробензен и анилин су приказани под римским бројевима И и ИИ на сликама 1 и 2.

Зинин реакција

Године 1842. руски научник Зинин Н.Н. синтетизован из нитробензена анилинска формула редукцијом првог амонијум сулфида ((НХ4) 2С) (пример 8).

Временом је научник потврдио изводљивост примене реакције у припреми ароматичних амина из других нитро једињења, што је омогућило да се развије велика производња синтетичких боја, експлозива, као и специјалних фармацеутских препарата.