Τι είναι το νιτροβενζόλιο; Αυτή είναι μια οργανική ένωση που είναι ένας αρωματικός πυρήνας και μια νιτροομάδα που συνδέεται με αυτό. Στην όψη, ανάλογα με τη θερμοκρασία, είναι έντονο κίτρινο κρύσταλλο ή ένα ελαιώδες υγρό. Έχει άρωμα αμύγδαλου. Τοξικό.
Δομική φόρμουλα νιτροβενζολίου
Η νίτρο ομάδα είναι ένας πολύ ισχυρός δέκτης πυκνότητας ηλεκτρονίων. Επομένως, το μόριο νιτροβενζολίου έχει αρνητική επαγωγική και αρνητική μεσομερική επίδραση. Η νίτρο ομάδα μάλλον έλκει έντονα την πυκνότητα ηλεκτρονίων του αρωματικού πυρήνα, απενεργοποιώντας τον. Τα ηλεκτρόφιλα αντιδραστήρια δεν έλκονται πλέον από τον πυρήνα τόσο έντονα, και επομένως το νιτροβενζόλιο δεν εμπλέκεται τόσο ενεργά σε τέτοιες αντιδράσεις. Για να προστεθεί άμεσα μια άλλη νιτροομάδα στο νιτροβενζόλιο, απαιτούνται πολύ σκληρές συνθήκες, πολύ πιο αυστηρές από ό,τι στη σύνθεση του μονονιτροβενζολίου. Το ίδιο ισχύει για τα αλογόνα, τις σουλφο ομάδες κ.λπ.
Από τον δομικό τύπο του νιτροβενζολίου μπορεί να φανεί ότι ένας δεσμός αζώτου με οξυγόνο είναι απλός και ο άλλος διπλός. Αλλά στην πραγματικότητα, λόγω του μεσομερικού φαινομένου, είναι και τα δύο ισοδύναμα και έχουν το ίδιο μήκος 0,123 nm.
Λήψη νιτροβενζολίου στη βιομηχανία
Το νιτροβενζόλιο είναι ένα σημαντικό ενδιάμεσο στη σύνθεση πολλών ουσιών. Ως εκ τούτου, παράγεται σε βιομηχανική κλίμακα. Ο κύριος τρόπος λήψης νιτροβενζολίου είναι η νίτρωση του βενζολίου. Συνήθως, για αυτό χρησιμοποιείται ένα μίγμα νιτροποίησης (μίγμα πυκνού θειικού και νιτρικού οξέος). Η αντίδραση διεξάγεται για 45 λεπτά σε θερμοκρασία περίπου 50°C. Η απόδοση του νιτροβενζολίου είναι 98%. Γι' αυτό η μέθοδος αυτή χρησιμοποιείται κυρίως στη βιομηχανία. Για την υλοποίησή του υπάρχουν ειδικές εγκαταστάσεις τόσο περιοδικού όσο και συνεχούς τύπου. Το 1995, η παραγωγή νιτροβενζολίου στις ΗΠΑ ήταν 748.000 τόνοι ετησίως.
Η νίτρωση του βενζολίου μπορεί επίσης να πραγματοποιηθεί απλά με συμπυκνωμένο νιτρικό οξύ, αλλά στην περίπτωση αυτή η απόδοση του προϊόντος θα είναι χαμηλότερη.
Λήψη νιτροβενζολίου στο εργαστήριο
Υπάρχει ένας άλλος τρόπος για να πάρετε νιτροβενζόλιο. Η ανιλίνη (αμινοβενζόλιο) χρησιμοποιείται εδώ ως πρώτη ύλη, η οποία οξειδώνεται με υπεροξειδικές ενώσεις. Λόγω αυτού, η αμινομάδα αντικαθίσταται από μια νίτρο ομάδα. Αλλά κατά τη διάρκεια αυτής της αντίδρασης, σχηματίζονται πολλά υποπροϊόντα, γεγονός που εμποδίζει την αποτελεσματική χρήση αυτής της μεθόδου στη βιομηχανία. Επιπλέον, το νιτροβενζόλιο χρησιμοποιείται κυρίως για τη σύνθεση της ανιλίνης, επομένως δεν έχει νόημα να χρησιμοποιείται ανιλίνη για την παραγωγή νιτροβενζολίου.
Φυσικές ιδιότητες
Σε θερμοκρασία δωματίου, το νιτροβενζόλιο είναι ένα άχρωμο ελαιώδες υγρό με οσμή πικραμύγδαλου. Σε θερμοκρασία 5,8 °C, αυτόσκληραίνει σε κίτρινους κρυστάλλους. Το νιτροβενζόλιο βράζει στους 211°C και αναφλέγεται αυθόρμητα στους 482°C. Αυτή η ουσία, σχεδόν όπως κάθε αρωματική ένωση, είναι αδιάλυτη στο νερό, αλλά είναι εξαιρετικά διαλυτή σε οργανικές ενώσεις, ειδικά στο βενζόλιο. Μπορεί επίσης να αποσταχθεί στον ατμό.
Ηλεκτρόφιλη υποκατάσταση
Για το νιτροβενζόλιο, όπως και για κάθε αρένιο, οι αντιδράσεις ηλεκτρόφιλης υποκατάστασης στον πυρήνα είναι χαρακτηριστικές, αν και είναι κάπως δύσκολες σε σύγκριση με το βενζόλιο λόγω της επίδρασης της νιτροομάδας. Έτσι, το δινιτροβενζόλιο μπορεί να ληφθεί από το νιτροβενζόλιο με περαιτέρω νίτρωση με ένα μείγμα νιτρικού και θειικού οξέος σε υψηλή θερμοκρασία. Το προκύπτον προϊόν θα αποτελείται κυρίως (93%) από μεταδινιτροβενζόλιο. Είναι ακόμη δυνατή η λήψη τρινιτροβενζολίου με άμεσο τρόπο. Αλλά για αυτό είναι απαραίτητο να χρησιμοποιηθούν ακόμη πιο αυστηρές συνθήκες, καθώς και το τριφθοριούχο βόριο.
Με τον ίδιο τρόπο, το νιτροβενζόλιο μπορεί να σουλφονωθεί. Για να το κάνετε αυτό, χρησιμοποιήστε έναν πολύ ισχυρό παράγοντα θείωσης - ελαιούχο (διάλυμα οξειδίου του θείου VI σε θειικό οξύ). Η θερμοκρασία του μίγματος αντίδρασης πρέπει να είναι τουλάχιστον 80 °C. Μια άλλη αντίδραση ηλεκτρόφιλης υποκατάστασης είναι η άμεση αλογόνωση. Ως καταλύτες χρησιμοποιούνται ισχυρά οξέα Lewis (χλωριούχο αργίλιο, τριφθοριούχο βόριο κ.λπ.) και υψηλές θερμοκρασίες.
Πυρηνόφιλη υποκατάσταση
Όπως φαίνεται από τον δομικό τύπο, το νιτροβενζόλιο μπορεί να αντιδράσει με ισχυρές ενώσεις-δότης ηλεκτρονίων. Αυτό είναιπιθανώς λόγω της επιρροής της νιτροομάδας. Ένα παράδειγμα τέτοιας αντίδρασης είναι η αλληλεπίδραση με συμπυκνωμένα ή στερεά υδροξείδια αλκαλιμετάλλων. Αλλά αυτή η αντίδραση δεν σχηματίζει νιτροβενζόλιο νατρίου. Ο χημικός τύπος του νιτροβενζολίου μάλλον προτείνει την προσθήκη μιας ομάδας υδροξυλίου στον πυρήνα, δηλαδή τον σχηματισμό νιτροφαινόλης. Αλλά αυτό συμβαίνει μόνο κάτω από αρκετά σκληρές συνθήκες.
Παρόμοια αντίδραση συμβαίνει με οργανομαγνήσιες ενώσεις. Η ρίζα υδρογονάνθρακα συνδέεται με τον πυρήνα στην ορθο ή παρά θέση στη νίτρο ομάδα. Μια παράπλευρη διαδικασία σε αυτή την περίπτωση είναι η αναγωγή της νίτρο ομάδας στην αμινομάδα. Οι πυρηνόφιλες αντιδράσεις υποκατάστασης είναι ευκολότερες εάν υπάρχουν πολλές νιτροομάδες, καθώς θα τραβήξουν την πυκνότητα ηλεκτρονίων του πυρήνα ακόμη πιο έντονα.
Αντίδραση ανάκτησης
Όπως γνωρίζετε, οι νιτροενώσεις μπορούν να αναχθούν σε αμίνες. Το νιτροβενζόλιο δεν αποτελεί εξαίρεση, ο τύπος του οποίου υποδηλώνει τη δυνατότητα αυτής της αντίδρασης. Χρησιμοποιείται συχνά στη βιομηχανία για τη σύνθεση της ανιλίνης.
Αλλά το νιτροβενζόλιο μπορεί να δώσει πολλά άλλα προϊόντα ανάκτησης. Τις περισσότερες φορές, η αναγωγή με ατομικό υδρογόνο χρησιμοποιείται κατά τη στιγμή της απελευθέρωσής του, δηλ. πραγματοποιείται μια αντίδραση οξέος-μετάλλου στο μείγμα της αντίδρασης και το απελευθερωμένο υδρογόνο αντιδρά με νιτροβενζόλιο. Συνήθως, αυτή η αλληλεπίδραση παράγει ανιλίνη.
Εάν το νιτροβενζόλιο υποβληθεί σε επεξεργασία με σκόνη ψευδαργύρου σε διάλυμα χλωριούχου αμμωνίου, το προϊόν της αντίδρασης θα είναι Ν-φαινυλυδροξυλαμίνη. Αυτή η ένωση μπορεί πολύ εύκολα να αναχθεί σε ανιλίνη με τον τυπικό τρόπο ή να οξειδωθεί ξανά σε νιτροβενζόλιο με έναν ισχυρό οξειδωτικό παράγοντα.
Η αναγωγή μπορεί επίσης να πραγματοποιηθεί στην αέρια φάση με μοριακό υδρογόνο παρουσία πλατίνας, παλλαδίου ή νικελίου. Σε αυτή την περίπτωση, λαμβάνεται επίσης ανιλίνη, αλλά υπάρχει πιθανότητα αναγωγής του ίδιου του δακτυλίου βενζολίου, η οποία είναι συχνά ανεπιθύμητη. Μερικές φορές χρησιμοποιείται επίσης ένας καταλύτης όπως το νικέλιο Raney. Είναι πορώδες νικέλιο, κορεσμένο με υδρογόνο και περιέχει 15% αλουμίνιο.
Όταν το νιτροβενζόλιο ανάγεται από αλκοολικά άλατα καλίου ή νατρίου, σχηματίζεται αζοξυβενζόλιο. Εάν χρησιμοποιείτε ισχυρότερους αναγωγικούς παράγοντες σε αλκαλικό περιβάλλον, λαμβάνετε αζωβενζόλιο. Αυτή η αντίδραση είναι επίσης αρκετά σημαντική, αφού με τη βοήθειά της συντίθενται ορισμένες χρωστικές. Το αζοβενζόλιο μπορεί να υποβληθεί σε περαιτέρω αναγωγή σε ένα αλκαλικό μέσο για να σχηματίσει υδραζοβενζόλιο.
Αρχικά, η αναγωγή του νιτροβενζολίου πραγματοποιήθηκε με θειούχο αμμώνιο. Αυτή η μέθοδος προτάθηκε το 1842 από τον N. N. Zinin, οπότε η αντίδραση φέρει το όνομά του. Αλλά αυτή τη στιγμή χρησιμοποιείται σπάνια στην πράξη λόγω της χαμηλής απόδοσης.
Αίτηση
Το ίδιο το νιτροβενζόλιο χρησιμοποιείται πολύ σπάνια, μόνο ως εκλεκτικός διαλύτης (για παράδειγμα, για αιθέρες κυτταρίνης) ή ως ήπιος οξειδωτικός παράγοντας. Μερικές φορές προστίθεται σε διαλύματα στίλβωσης μετάλλων.
Σχεδόν όλο το παραγόμενο νιτροβενζόλιο χρησιμοποιείται για τη σύνθεση άλλων χρήσιμων ουσιών (για παράδειγμα, ανιλίνης), η οποία, με τη σειρά της,χρησιμοποιείται για τη σύνθεση φαρμάκων, βαφών, πολυμερών, εκρηκτικών κ.λπ.
Κίνδυνος
Λόγω των φυσικών και χημικών ιδιοτήτων του, το νιτροβενζόλιο είναι μια πολύ επικίνδυνη ένωση. Έχει ένα επίπεδο κινδύνου για την υγεία τρία στα τέσσερα σύμφωνα με το NFPA 704. Εκτός από το ότι εισπνέεται ή μέσω των βλεννογόνων, απορροφάται επίσης από το δέρμα. Όταν δηλητηριαστεί από μεγάλη συγκέντρωση νιτροβενζολίου, ένα άτομο μπορεί να χάσει τις αισθήσεις του και να πεθάνει. Σε χαμηλές συγκεντρώσεις, τα συμπτώματα της δηλητηρίασης περιλαμβάνουν κακουχία, ζάλη, εμβοές, ναυτία και έμετο. Ένα χαρακτηριστικό της δηλητηρίασης από νιτροβενζόλιο είναι το υψηλό ποσοστό μόλυνσης. Τα συμπτώματα εμφανίζονται πολύ γρήγορα: τα αντανακλαστικά διαταράσσονται, το αίμα γίνεται σκούρο καφέ λόγω του σχηματισμού μεθαιμοσφαιρίνης σε αυτό. Μερικές φορές μπορεί να υπάρχουν εξανθήματα στο δέρμα. Η επαρκής συγκέντρωση για χορήγηση είναι πολύ χαμηλή, αν και δεν υπάρχουν ακριβή δεδομένα για τη θανατηφόρα δόση. Συχνά υπάρχουν πληροφορίες σε εξειδικευμένη βιβλιογραφία ότι 1-2 σταγόνες νιτροβενζολίου είναι αρκετές για να σκοτώσουν έναν άνθρωπο.
Θεραπεία
Σε περίπτωση δηλητηρίασης από νιτροβενζόλιο, το θύμα πρέπει να αφαιρεθεί αμέσως από την τοξική περιοχή και να απαλλαγεί από τα μολυσμένα ρούχα. Το σώμα πλένεται με ζεστό σαπουνόνερο για να αφαιρεθεί το νιτροβενζόλιο από το δέρμα. Κάθε 15 λεπτά, το θύμα εισπνέεται με άνθρακα. Για ήπια δηλητηρίαση, πρέπει να λαμβάνεται κυσταμίνη, πυριδοξίνη ή λιποϊκό οξύ. Σε πιο σοβαρές περιπτώσεις, συνιστάται η ενδοφλέβια χορήγηση κυανού του μεθυλενίου ή χρωμοσώματος. Στοδηλητηρίαση με nitrobeznol μέσω του στόματος, είναι απαραίτητο να προκληθεί αμέσως εμετός και να ξεπλυθεί το στομάχι με ζεστό νερό. Αντενδείκνυται η λήψη οποιουδήποτε λίπους, συμπεριλαμβανομένου του γάλακτος.
