Čo je nitrobenzén? Ide o organickú zlúčeninu, ktorá je aromatickým jadrom a je k nemu pripojená nitroskupina. Vo vzhľade sú v závislosti od teploty jasne žlté kryštály alebo olejovitá kvapalina. Má mandľovú vôňu. Toxický.
Štrukturálny vzorec nitrobenzénu
Nitroskupina je veľmi silný akceptor elektrónovej hustoty. Preto má molekula nitrobenzénu negatívny indukčný a negatívny mezomérny účinok. Nitroskupina pomerne silne priťahuje elektrónovú hustotu aromatického jadra a deaktivuje ho. Elektrofilné činidlá už nie sú tak silne priťahované k jadru, a preto sa nitrobenzén tak aktívne nezúčastňuje takýchto reakcií. Na priame pridanie ďalšej nitroskupiny k nitrobenzénu sú potrebné veľmi drsné podmienky, oveľa prísnejšie ako pri syntéze mononitrobenzénu. To isté platí pre halogény, sulfoskupiny atď.
Zo štruktúrneho vzorca nitrobenzénu je zrejmé, že jedna väzba dusíka s kyslíkom je jednoduchá a druhá dvojitá. Ale v skutočnosti sú vďaka mezomérnemu efektu obe ekvivalentné a majú rovnakú dĺžku 0,123 nm.
Získanie nitrobenzénu v priemysle
Nitrobenzén je dôležitým medziproduktom pri syntéze mnohých látok. Preto sa vyrába v priemyselnom meradle. Hlavným spôsobom získania nitrobenzénu je nitrácia benzénu. Zvyčajne sa na to používa nitračná zmes (zmes koncentrovanej kyseliny sírovej a dusičnej). Reakcia sa uskutočňuje počas 45 minút pri teplote asi 50 °C. Výťažok nitrobenzénu je 98 %. Preto sa táto metóda používa najmä v priemysle. Na jeho realizáciu existujú špeciálne inštalácie periodického aj nepretržitého typu. V roku 1995 bola produkcia nitrobenzénu v USA 748 000 ton ročne.
Nitráciu benzénu možno vykonať aj jednoducho koncentrovanou kyselinou dusičnou, ale v tomto prípade bude výťažok produktu nižší.
Získanie nitrobenzénu v laboratóriu
Existuje aj iný spôsob, ako získať nitrobenzén. Ako surovina sa tu používa anilín (aminobenzén), ktorý sa oxiduje peroxozlúčeninami. Vďaka tomu je aminoskupina nahradená nitroskupinou. No pri tejto reakcii vzniká viacero vedľajších produktov, čo bráni efektívnemu využitiu tejto metódy v priemysle. Navyše nitrobenzén sa používa hlavne na syntézu anilínu, takže nemá zmysel používať anilín na výrobu nitrobenzénu.
Fyzikálne vlastnosti
Pri izbovej teplote je nitrobenzén bezfarebná olejovitá kvapalina s vôňou horkej mandle. Pri teplote 5,8 °C sa tostvrdne na žlté kryštály. Nitrobenzén vrie pri 211 °C a samovoľne sa vznieti pri 482 °C. Táto látka, takmer ako každá aromatická zlúčenina, je nerozpustná vo vode, ale je vysoko rozpustná v organických zlúčeninách, najmä v benzéne. Môže sa tiež destilovať parou.
Elektrofilná substitúcia
Pre nitrobenzén, ako aj pre každý arén, sú charakteristické reakcie elektrofilnej substitúcie v jadre, aj keď sú v porovnaní s benzénom trochu ťažké kvôli vplyvu nitroskupiny. Takže dinitrobenzén možno získať z nitrobenzénu ďalšou nitráciou zmesou kyseliny dusičnej a sírovej pri zvýšenej teplote. Výsledný produkt bude prevažne (93 %) pozostávať z meta-dinitrobenzénu. Je dokonca možné získať trinitrobenzén priamym spôsobom. Ale na to je potrebné použiť ešte prísnejšie podmienky, ako aj fluorid boritý.
Rovnakým spôsobom možno sulfónovať nitrobenzén. K tomu použite veľmi silné síriace činidlo - oleum (roztok oxidu sírového VI v kyseline sírovej). Teplota reakčnej zmesi musí byť aspoň 80 °C. Ďalšou elektrofilnou substitučnou reakciou je priama halogenácia. Ako katalyzátory sa používajú silné Lewisove kyseliny (chlorid hlinitý, fluorid boritý atď.) a zvýšené teploty.
Nukleofilná substitúcia
Ako je zrejmé zo štruktúrneho vzorca, nitrobenzén môže reagovať so silnými donormi elektrónov. Toto jepravdepodobne vplyvom nitroskupiny. Príkladom takejto reakcie je interakcia s koncentrovanými alebo pevnými hydroxidmi alkalických kovov. Táto reakcia však nevytvára nitrobenzén sodný. Chemický vzorec nitrobenzénu skôr naznačuje pridanie hydroxylovej skupiny k jadru, t.j. tvorbu nitrofenolu. Ale to sa deje len za dosť drsných podmienok.
K podobnej reakcii dochádza s organohorečnatými zlúčeninami. Uhľovodíkový radikál je pripojený k jadru v orto alebo para polohe k nitroskupine. Vedľajším procesom je v tomto prípade redukcia nitroskupiny na aminoskupinu. Nukleofilné substitučné reakcie sú jednoduchšie, ak existuje niekoľko nitroskupín, pretože budú ťahať elektrónovú hustotu jadra ešte silnejšie.
Reakcia obnovenia
Ako viete, nitrozlúčeniny sa dajú redukovať na amíny. Výnimkou nie je ani nitrobenzén, ktorého vzorec naznačuje možnosť tejto reakcie. V priemysle sa často používa na syntézu anilínu.
Nitrobenzén však môže poskytnúť množstvo ďalších produktov regenerácie. Najčastejšie sa v čase jeho uvoľnenia využíva redukcia atómovým vodíkom, t.j. v reakčnej zmesi prebieha kyslo-kovová reakcia a uvoľnený vodík reaguje s nitrobenzénom. Zvyčajne táto interakcia produkuje anilín.
Ak sa nitrobenzén spracuje so zinkovým prachom v roztoku chloridu amónneho, reakčným produktom bude N-fenylhydroxylamín. Túto zlúčeninu je možné celkom ľahko redukovať štandardným spôsobom na anilín, alebo oxidovať späť na nitrobenzén silným oxidačným činidlom.
Redukciu je možné uskutočniť aj v plynnej fáze molekulárnym vodíkom v prítomnosti platiny, paládia alebo niklu. V tomto prípade sa získa anilín, ale existuje možnosť redukcie samotného benzénového kruhu, čo je často nežiaduce. Niekedy sa používa aj katalyzátor ako Raney nikel. Je to porézny nikel, nasýtený vodíkom a obsahujúci 15 % hliníka.
Keď sa nitrobenzén redukuje alkoholátmi draselnými alebo sodnými, vzniká azoxybenzén. Ak použijete silnejšie redukčné činidlá v alkalickom prostredí, získate azobenzén. Táto reakcia je tiež dosť dôležitá, pretože niektoré farbivá sa syntetizujú s jej pomocou. Azobenzén môže byť podrobený ďalšej redukcii v alkalickom prostredí za vzniku hydrazobenzénu.
Na začiatku sa redukcia nitrobenzénu uskutočňovala sulfidom amónnym. Túto metódu navrhol v roku 1842 N. N. Zinin, takže reakcia nesie jeho meno. Ale v súčasnosti sa v praxi používa len zriedka kvôli nízkej výťažnosti.
Aplikácia
Samotný nitrobenzén sa používa veľmi zriedkavo, iba ako selektívne rozpúšťadlo (napríklad pre étery celulózy) alebo mierne oxidačné činidlo. Niekedy sa pridáva do roztokov na leštenie kovov.
Takmer všetok vyrobený nitrobenzén sa využíva na syntézu iných užitočných látok (napríklad anilínu), ktoré zaspoužíva sa na syntézu liečiv, farbív, polymérov, výbušnín atď.
Nebezpečenstvo
Vzhľadom na svoje fyzikálne a chemické vlastnosti je nitrobenzén veľmi nebezpečnou zlúčeninou. Má stupeň ohrozenia zdravia tri zo štyroch podľa NFPA 704. Okrem toho, že je vdychovaný alebo cez sliznice, absorbuje sa aj cez pokožku. Pri otrave veľkou koncentráciou nitrobenzénu môže človek stratiť vedomie a zomrieť. Pri nízkych koncentráciách príznaky otravy zahŕňajú nevoľnosť, závraty, hučanie v ušiach, nevoľnosť a vracanie. Charakteristickým znakom otravy nitrobenzénom je vysoká miera infekcie. Symptómy sa objavujú veľmi rýchlo: reflexy sú narušené, krv sa stáva tmavohnedou v dôsledku tvorby methemoglobínu v nej. Niekedy môžu byť na koži vyrážky. Koncentrácia dostatočná na podanie je veľmi nízka, aj keď neexistujú presné údaje o smrteľnej dávke. V odbornej literatúre sa často nachádza informácia, že na zabitie človeka stačia 1-2 kvapky nitrobenzénu.
Liečba
V prípade otravy nitrobenzénom musí byť obeť okamžite prevezená z toxickej oblasti a zbavená kontaminovaného oblečenia. Telo sa umyje teplou mydlovou vodou, aby sa z pokožky odstránil nitrobenzén. Každých 15 minút je obeť vdýchnutá karbogénom. Pri miernej otrave sa má užívať cystamín, pyridoxín alebo kyselina lipoová. V závažnejších prípadoch sa odporúča intravenózna aplikácia metylénovej modrej alebo chromozónu. opri otrave nitrobeznolom cez ústa je potrebné ihneď vyvolať zvracanie a opláchnuť žalúdok teplou vodou. Je kontraindikované užívať akýkoľvek tuk, vrátane mlieka.
