Нитробензол

Нитробензол
Изображение химической структуры Изображение молекулярной модели
Общие
Систематическое
наименование		 Нитробензол
Традиционные названия Нитробензол; мирабановое масло, мирабановая эссенция
Хим. формула C6H5NO2
Физические свойства
Состояние жидкость
Молярная масса 123,06 г/моль
Плотность 1,199 г/см³
Энергия ионизации 9,92 ± 0,01 эВ[1] и 9,86 эВ[2]
Термические свойства
Температура
 • плавления 5,85 °C
 • кипения 210,9 °C
 • вспышки 88 °C
 • самовоспламенения 482 °C
Пределы взрываемости 1,8 ± 0,1 об.%[1]
Уд. теплоёмк. 1510 Дж/(кг·К)
Давление пара 0,3 ± 0,1 мм рт.ст.[1]
Химические свойства
Растворимость
 • в воде 0,19 г/100 мл (20 °C)
Оптические свойства
Показатель преломления 1,5562
Структура
Дипольный момент 4,22 Д
Классификация
Рег. номер CAS 98-95-3
PubChem 7416
Рег. номер EINECS 202-716-0
SMILES
 
InChI
 
RTECS QJ0525000
ChEBI 27798
ChemSpider 7138
Безопасность
Предельная концентрация 1 мг/м3
ЛД50 120-140 мг/кг
Токсичность Класс опасности 2
Фразы риска (R) R23/24/25, R40, R48/23/24, R51/53, R62
Фразы безопасности (S) (S1/2), S28, S36/37, S45, S61
NFPA 704
NFPA 704 four-colored diamondОгнеопасность 2: Для воспламенения необходим некоторый нагрев или относительно высокая температура воздуха (например, дизельное топливо). Температура вспышки между 38 °C (100 °F) и 93 °C (200 °F)Опасность для здоровья 3: Кратковременное воздействие может привести к серьёзным временным или умеренным остаточным последствиям (например, хлор, серная кислота)Реакционноспособность 1: Обычно стабильное, но может стать неустойчивым при повышенных температуре и давлении (например, пероксид водорода, гидрокарбонат натрия)Специальный код: отсутствует
2
3
1
Приведены данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иное.
Логотип Викисклада Медиафайлы на Викискладе

Нитробензо́л — ароматическое нитросоединение, простейший представитель класса нитробензолов. При комнатной температуре является бледно-желтой маслянистой жидкостью с характерным запахом горького миндаля.

Физические свойства

При замерзании нитробензол образует зеленовато-желтые кристаллы. Не растворяется в воде (0,19 % по массе при 297 K, 0,8 % при 350 K). Растворяется в концентрированных кислотах (при разведении таких растворов водой осаждается)[3]. Неограниченно смешивается с диэтиловым эфиром, бензолом, некоторыми другими органическими растворителями. Перегоняется с водяным паром. Показатель преломления (для D-линии натрия (589 нм), при 297K) 1,5562. Дипольный момент газообразных молекул (в дебаях) 4,22 D. Удельная теплоёмкость 1,51 Дж/(г·К)[4].

Получение

Основной способ получения нитробензола (как и других нитроаренов) — нитрование в условиях электрофильного замещения бензола (соответственно, аренов)[3]. Электрофильной частицей является ион нитрония NO2+[5][6]. В промышленности нитробензол получают непрерывным нитрованием бензола смесью концентрированных H2SO4 и HNO3 с выходом 96—99 %.

Промышленное получение нитробензола
Промышленное получение нитробензола

В лабораторных условиях нитробензол получают нитрованием бензола смесью H2SO4 (1,84 г/см3) и HNO3 (1,4 г/см3) в соотношении 1:1 при 40—60 °C (45 мин). Выход целевого продукта достигает 80 %.

Принципиально возможна (но не применяется в силу низкого выхода) реакция нитрования бензола концентрированной азотной кислотой[5]. Несколько реже (как и для получения других нитроаренов) в лабораториях используют замещение, модификацию или элиминирование заместителей, уже имеющихся при бензольном кольце[3].

Например, возможно получать нитробензол окислением анилина перокситрифторуксусной кислотой (или другими окислителями; чем менее кислая среда — тем больше доля азоксибензола в продуктах)[6].

Химические свойства

Электрофильное замещение

В связи с сильным электроноакцепторным действием нитрогруппы реакции электрофильного замещения идут в мета-положение, и скорость реакции ниже чем у бензола.

  • При нитровании образуется смесь изомеров: 93% м-динитробензола, 6% о-динитробензола и 1% п-динитробензола.[7]
  • При сульфировании 60% олеумом получается м-нитробензосульфокислота (м-НБСК).[8]
Сульфирование нитробензола
Сульфирование нитробензола
  • При хлорировании нитробензола в присутствии катализатора образуется 3-нитрохлорбензол.[9]
Хлорирование нитробензола
Хлорирование нитробензола
  • При бромировании в присутствии железа образуется м-бромнитробензол с хорошим выходом.[10]
Бромирование нитробензола
Бромирование нитробензола
  • Нитробензол не вступает в реакцию Фриделя-Крафтса.[11] Были найдены условия, в которых нитробензол алкилируется в смеси этанола и серной кислоты, однако реакция обладает низкими выходами и имеет лишь академическую ценность.[12]
Алкилирование нитробензола
Алкилирование нитробензола

Нуклеофильное замещение

  • При нагревании нитробензола с твердым гидроксидом калия образуется о-нитрофенол с низким выходом.[13] Выход о-нитробензола не может быть выше 50% от теоретического, так как данная реакция представляет собой диспропорционирование нитробензола.
  • Реакция нитробензола с магнийорганическими соединениями приводит к образованию смеси орто- и пара-алкилнитрозобензолов в соотношении ~2:1.[3][14]

Восстановление

Бо́льшая часть (~95%) производимого нитробензола используется в качестве сырья для синтеза анилина.[9]

Гидрирование нитробензола
Гидрирование нитробензола

Реакция восстановления нитробензола в анилин под действием сульфида аммония была открыта Н. Н. Зинином ещё в 1842 году.[15] Однако в настоящее время для производства анилина из нитробензола применяется гидрирование в присутствии катализаторов (Cu/SiO2 или Pd/Al2O3). Выход анилина при каталитическом гидрировании составляет >98 %.

К продуктами частичного восстановления нитробензола можно отнести следующие вещества:

# Восстановитель Продукт Комментарий
1 Zn – NH4Cl(р-р)[16] N-фенилгидроксиламин Под действием кислот перегруппировывается в 4-аминофенол[17]
2 Na3AsO3[18] Азоксибензол
3 Zn – NaOH(р-р)[19] Азобензол
Гидразобензол Под действием кислот гидразобензол перегруппировывается в бензидин[20]
4 LiAlH4[21] Азобензол
5 Na2S2O3 – Na3PO4 Фенилсульфаминовая кислота

Применение

Исходное сырьё в производстве анилина, ароматических азотсодержащих соединений (бензидин, хинолин, азобензол), растворитель эфиров целлюлозы[11], компонент полировальных составов для металлов. Применяется как растворитель и мягкий окислитель.

Производные нитробензола используются в качестве взрывчатых веществ и как компоненты ракетных топлив. В парфюмерии — в качестве душистых или фиксирующих запах веществ, в том числе — искусственных мускусов. Сам нитробензол ранее выпускали под названием «горько-миндального» или «мирабанового» масла. Некоторые производные нитробензола используются в составе лаков и красок. Некоторые применяются в медицине[3][5].

Биологическая роль и токсичность

Нитробензол токсичен: относится ко второму классу опасности и в больших концентрациях может вызывать гемолиз. Впитывается через кожу, оказывает сильное действие на ЦНС, нарушает обмен веществ, вызывает заболевания печени, окисляет гемоглобин в метгемоглобин.

ПДК в рабочей зоне — 1 мг/м³, ЛД50 — 120 мг/кг на крысах.

См. также

  • 4-Нитрохлорбензол
  • 2-Нитрохлорбензол
  • Метгемоглобинообразователи
  • 3-Нитрохлорбензол
  • Высокотоксичные вещества
  • Нитросоединения

Примечания

  1. ↑ 1 2 3 http://www.cdc.gov/niosh/npg/npgd0450.html
  2. ↑ David R. Lide, Jr. Basic laboratory and industrial chemicals (англ.): A CRC quick reference handbook — CRC Press, 1993. — ISBN 978-0-8493-4498-5
  3. ↑ 1 2 3 4 5 Шабаров Ю. С. «Органическая химия», М.:Химия, 2002, стр. 848. ISBN 5-7245-1218-1, стр. 715—725
  4. ↑ Волков А. И. Жарский И. М. «Большой химический справочник». Мн.:Современная школа, 2005, 608 с. ISBN 985-6751-04-7 стр. 257, 267
  5. ↑ 1 2 3 Горленко В. А. и др. «Органическая химия», М.:Мастерство, 2003, стр. 624. ISBN 5-294-00176-4, стр. 397—403
  6. ↑ 1 2 Бартон Д, Оллис Д.(ред.) «Общая органическая химия» в 12 т., М.:Химия, 1982. Т.3, стр. 403—410
  7. ↑ Электрофильное замещение в ароматическом ряду. 3.1. www.chem.msu.su. Дата обращения: 4 июля 2025. Архивировано 4 июля 2025 года.
  8. ↑ Электрофильное замещение в ароматическом ряду. 3.6. www.chem.msu.su. Дата обращения: 7 июля 2025.
  9. ↑ 1 2 Gerald Booth. Nitro Compounds, Aromatic (англ.) // Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. — John Wiley & Sons, Ltd, 2000. — ISBN 978-3-527-30673-2. — doi:10.1002/14356007.a17_411. Архивировано 25 февраля 2025 года.
  10. ↑ Гельман Х. (ред.) Казанский Б. А. (ред.) «Синтезы органических препаратов», М.: Гос. Изд-во иностранной литературы, 1949. Сб. 1, стр. 130—134. Сб. 2, стр. 12-15. Сб. 3, стр. 7-8, 354—356
  11. ↑ 1 2 Кнунянц И. Л. (глав.ред.) «Химическая энциклопедия» в пяти томах. М.:Советская энциклопедия, 1988. Т.3, стр. 267—268
  12. ↑ Yusheng Shen, Hongxia Liu, Yiqiu Chen. The first Friedel-Crafts reaction of nitrobenzene // The Journal of Organic Chemistry. — 1990-06-01. — Т. 55, вып. 12. — С. 3961–3962. — ISSN 0022-3263. — doi:10.1021/jo00299a051.
  13. ↑ A. Wohl. Ueberführung von Nitrobenzol in o ‐Nitrophenol durch Kalihydrat (англ.) // Berichte der deutschen chemischen Gesellschaft. — 1899-10. — Vol. 32, iss. 3. — P. 3486–3488. — ISSN 0365-9496. — doi:10.1002/cber.189903203122. Архивировано 1 июня 2024 года.
  14. ↑ Giuseppe Bartoli. Conjugate addition of alkyl Grignard reagents to mononitroarenes // Accounts of Chemical Research. — 1984-03-01. — Т. 17, вып. 3. — С. 109–115. — ISSN 0001-4842. — doi:10.1021/ar00099a005.
  15. ↑ Otto Linné Erdmann. Journal für praktische Chemie. — J. A. Barth, 1842. — 546 с.
  16. ↑ Organic Syntheses Procedure (англ.). orgsyn.org. Дата обращения: 17 июля 2025. Архивировано 17 июня 2025 года.
  17. ↑ Stephen C. Mitchell, Rosemary H. Waring. Aminophenols (англ.) // Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. — John Wiley & Sons, Ltd, 2000. — ISBN 978-3-527-30673-2. — doi:10.1002/14356007.a02_099.
  18. ↑ Organic Syntheses Procedure (англ.). orgsyn.org. Дата обращения: 17 июля 2025. Архивировано 1 декабря 2024 года.
  19. ↑ Organic Syntheses Procedure (англ.). www.orgsyn.org. Дата обращения: 17 июля 2025. Архивировано 20 января 2025 года.
  20. ↑ Нитро- и диазосоединения. 2.3. www.chem.msu.su. Дата обращения: 17 июля 2025. Архивировано 23 марта 2025 года.
  21. ↑ Robert F. Nystrom, Weldon G. Brown. Reduction of Organic Compounds by Lithium Aluminum Hydride. III. Halides, Quinones, Miscellaneous Nitrogen Compounds1 // Journal of the American Chemical Society. — 1948-11-01. — Т. 70, вып. 11. — С. 3738–3740. — ISSN 0002-7863. — doi:10.1021/ja01191a057.

Литература

  • Кнунянц И. Л. и др. т.3 Мед-Пол // Химическая энциклопедия. — М.: Большая Российская Энциклопедия, 1992. — 639 с. — 50 000 экз. — ISBN 5-85270-039-8.

Ссылки

Эта статья взята у (из) Википедия. Текст лицензируется по Creative Commons Attribution-Share Alike 4.0. К медиа файлам могут применятся дополнительные условия.