NITROBENZÉN (C6H5NO2): ŠTRUKTÚRA, VLASTNOSTI, POUŽITIA, RIZIKÁ - CHÉMIA - 2026

Nitrobenzén je aromatická organická zlúčenina, pozostávajúce z benzenového kruhu, C ₆ H ₅ - a nitroskupiny -NO ₂ . Jeho chemický vzorec je C ₆ H ₅ NO ₂ . Je to bezfarebná alebo bledožltá olejovitá tekutina, ktorá zapácha horkými mandľami alebo leštidlom na topánky.

Nitrobenzén je veľmi užitočnou zlúčeninou v chemickom priemysle, pretože umožňuje získať rad chemických látok, ktoré majú rôzne použitie. Je to preto, že môže byť vystavený rôznym druhom reakcií.

Nitrobenzén, C ₆ H ₅ -NO ₂ . Autor: Marilú Stea.

Medzi dôležité chemické reakcie sú nitrácia (ktorá umožňuje pridanie ďalších -NO ₂ skupín na molekulu) a redukcie (opak oxidácii, pretože dva kyslíkové atómy nitro -NO ₂ skupiny sú odstránené a nahradené atómami vodíka).

S nitrobenzénom je možné pripraviť napríklad anilín a para-acetaminofenol. Posledne menovaný je známy acetaminofén, ktorý je antipyretikum (liek proti horúčke) a mierne analgetikum (liek proti malej bolesti).

S nitrobenzénom by sa malo zaobchádzať opatrne, pretože je dráždivý a toxický, môže spôsobovať anémiu typu, okrem niekoľkých príznakov, a predpokladá sa, že spôsobuje rakovinu. Je tiež škodlivý pre životné prostredie.

štruktúra

Nitrobenzén C ₆ H ₅ -NO ₂ je plochý molekula tvorená benzénu C ₆ H ₅ kruhu, -, na ktorú vnútro -NO ₂ je pripojená skupina . Jeho molekula je plochý, pretože tam je elektronická interakcia medzi vnútro -NO _{2 skupinu} a benzénové kruh.

Plochá štruktúra molekuly nitrobenzénu. Elektróny dvojitých väzieb benzenového kruhu majú tendenciu interagovať s nitro -NO _{2 skupinu} . Autor: Benjah-bmm27. Zdroj: Wikimedia Commons.

Nitro -NO ₂ skupina má tendenciu priťahovať elektróny z benzénu C ₆ H ₅ - krúžkom .

Rezonančné štruktúry nitrobenzénu. Benzénový kruh má tendenciu mať kladný náboj, zatiaľ čo skupina nitro-N02 má tendenciu mať záporný náboj. Pôvodným používateľom nahrávania bol Samuele Madini na talianskej Wikipédii. , Zdroj: Wikimedia Commons.

Z tohto dôvodu má molekula o niečo negatívnejšiu stránku (ak sú kyslíky –NO ₂ ) a o niečo pozitívnejšiu stránku (benzénový kruh).

Oxygény nitroskupiny majú v porovnaní s benzénovým kruhom mierne záporný náboj. Autor: Marilú Stea.

názvoslovie

- Nitrobenzén.

- Nitrobenzín.

- Nitrobenzol.

- Olej alebo esencia myrbanu alebo myrbanu (nepoužívaný termín).

vlastnosti

Fyzický stav

Bezfarebná až bledožltá olejovitá kvapalina.

Molekulová hmotnosť

123,11 g / mol.

Bod topenia

5,7 ° C

Bod varu

211 ° C.

Bod vzplanutia

88 ° C (metóda v uzavretej nádobe).

Teplota samovznietenia

480 ° C

Hustota

1,2037 g / cm ³ pri 20 ° C

rozpustnosť

Mierne rozpustný vo vode: 0,19 g / 100 g vody pri 20 ° C. Úplne miešateľný s alkoholom, benzénom a dietyléterom.

Chemické vlastnosti

Nitrobenzén je stabilná až do asi 450 ° C, pri ktorej sa začína rozkladať tvoriaci (v neprítomnosti kyslíka) NO, NO ₂ , benzén, bifenyl, anilínu, dibenzofuránov a naftalénu.

Medzi dôležité nitrobenzénové reakcie patrí redukcia, nitrácia, halogenácia a sulfonácia.

Nitráciou nitrobenzénu sa pôvodne produkuje meta-nitrobenzén a pri dlhej reakčnej dobe sa získa 1,3,5-nitrobenzén.

Reakciou brómu alebo chlóru s nitrobenzénom v prítomnosti vhodného katalyzátora sa získa 3-brómnitrobenzén (meta-brómnitrobenzén) alebo 3-chlórnitrobenzén (meta-chlórnitrobenzén).

Príkladom redukcie je to, že pri spracovaní meta-halogénnitrobenzénov pomocou cínu (Sn) v kyseline chlorovodíkovej (HCl) sa získajú meta-halogenoanilíny.

Nitrobenzénsulfonácia sa uskutočňuje pomocou dymovej kyseliny sírovej pri 70 až 80 ° C a produktom je kyselina meta-nitrobenzénsulfónová. Toto sa môže redukovať železom a HCI za vzniku kyseliny metanilovej.

Tvorba dimérov

V C ₆ H ₆ benzénovej roztok, nitrobenzenové molekuly spájajú navzájom, tvoria diméry alebo párov molekúl. V týchto pároch je jedna z molekúl v obrátenej polohe voči druhej.

Tvorba nitrobenzénových dimérov s molekulami, ktoré sú vzájomne prevrátené oproti druhej, je pravdepodobne spôsobená tým, že každá z nich má o niečo viac kladne nabitú stranu a opačne o niečo viac záporne nabitú stranu.

V diméri je mierne pozitívne nabitá strana jednej z molekúl pravdepodobne blízko mierne negatívne nabitej druhej molekuly, pretože priťahujú opačné náboje, a tak je to s ostatnými dvoma stranami.

Nitrobenzénový dimér, to znamená dve molekuly, ktoré majú sklon visieť spolu v niektorých rozpúšťadlách. Autor: Marilú Stea.

Ďalšie vlastnosti

Má vôňu podobnú mandle alebo leštidlu na topánky. Pri znížení teploty tuhne vo forme zelenkavo žltých kryštálov.

získanie

To sa získa spracovaním benzén C ₆ H ₆ so zmesou kyseliny dusičnej HNO ₃ a kyseliny sírovej H ₂ SO ₄ . Tento proces sa nazýva nitrácia a zahŕňa tvorbu nitronium iónov NO ₂ ⁺ vďaka prítomnosti kyseliny sírovej H ₂ SO ₄ .

- Tvorba nitróniového iónu NO ₂ ⁺ :

HNO ₃ + 2 H ₂ SO ₄ ⇔ H ₃ O ⁺ + 2 HSO ₄ ^- + NO ₂ ⁺ (nitronium ion)

- Nitronium ion útočí na benzén:

C ₆ H ₆ + NO ₂ ⁺ → C ₆ H ₆ NO ₂ ⁺

- tvorí sa nitrobenzén:

C ₆ H ₆ NO ₂ ⁺ + HSO ₄ ^- → C ₆ H ₅ NO ₂ + H ₂ SO ₄

V súhrne:

C ₆ H ₆ + HNO ₃ → C ₆ H ₅ NO ₂ + H ₂ O

Nitračná reakcia benzénu je veľmi exotermická, to znamená, že sa vytvára veľké množstvo tepla, takže je veľmi nebezpečná.

aplikácia

Pri získavaní anilínu a acetaminofénu

Nitrobenzénu sa používa hlavne pre syntézu anilínu C ₆ H ₅ NH ₂ , čo je zlúčenina, široko používané na prípravu pesticídov, ďasien, farbivá, výbušnín a drog.

Získanie anilínu nastáva redukciou nitrobenzénu v kyslom prostredí v prítomnosti železa alebo cínu, ktoré sa uskutočňuje podľa nasledujúcich krokov:

Nitrobenzén → Nitrosobenzén → Fenylhydroxylamín → Anilín

C ₆ H ₅ NO ₂ → C ₆ H ₅ NO → C ₆ H ₅ NHOH → C ₆ H ₅ NH ₂

Redukcia nitrobenzénu na získanie anilínu. Benjah-bmm27. Zdroj: Wikimedia Commons.

V závislosti od podmienok sa proces môže zastaviť v jednom z medziproduktov, napríklad fenylhydroxylamínu. Z fenylhydroxylamínu v silne kyslom prostredí sa para-aminofenol môže pripraviť:

Fenylhydroxylamín → p-aminofenol

C ₆ H ₅ NHOH → HOC ₆ H ₄ NH ₂

Posledne menovaný sa lieči anhydridom kyseliny octovej za získania paracetamolu (acetaminofénu), známeho antipyretika a mierneho analgetika, to znamená liečiva na liečenie horúčky a bolesti.

Niekedy je možné medikovať deti s horúčkou acetaminofénom. Acetaminofén je derivát nitrobenzénu. Autor: Augusto Ordonez. Zdroj: Pixabay.

Tablety acetaminofénu, derivát nitrobenzénu. Paracetamol_acetaminophen_500_mg_pills.jpg: Michelle Tribe z Ottawy, kanadská autoritatívna práca: Anrie. Zdroj: Wikimedia Commons.

Iným spôsobom, ako získať anilín, je redukcia nitrobenzénu oxidom uhoľnatým (CO) vo vodnom prostredí v prítomnosti veľmi malých častíc (nanočastíc) paládia (Pd) ako katalyzátora.

C ₆ H ₅ -NO ₂ + 3 CO + H ₂ O → C ₆ H ₅ -NH ₂ + 3 CO ₂

Pri získavaní ďalších chemických zlúčenín

Nitrobenzén je východiskovým bodom na získanie veľkého množstva zlúčenín používaných ako farbivá, pesticídy, lieky a kozmetika.

Niektoré farbivá sa získavajú vďaka nitrobenzénu. Autor: Edith Lüthi. Zdroj: Pixabay.

Napríklad umožňuje získať 1,3-dinitrobenzén, ktorý chloráciou (pridaním chlóru) a redukciou (elimináciou atómov kyslíka) vzniká 3-chlóranilín. Používa sa ako medziprodukt pre pesticídy, farbivá a lieky.

Nitrobenzén sa použil na prípravu benzidínu, ktorý je farbivom. Nitrobenzén sa okrem toho používa na prípravu chinolínu, azobenzénu, kyseliny metanilovej, dinitrobenzénu, izokyanátov alebo pyroxylínu z mnohých ďalších zlúčenín.

V rôznych aplikáciách

Nitrobenzén sa používa alebo bol používaný ako:

- extrakčné rozpúšťadlo na čistenie mazacích olejov používaných v strojových zariadeniach

- Rozpúšťadlo pre étery celulózy

- Zložka zmesí na leštenie kovov

- V mydlách

- V zmesiach na leštenie obuvi

- Konzervačné prostriedky na sprejové farby

- Zložka zmesí na leštenie podláh

- náhrada mandľovej esencie

- V priemysle parfumov

- Pri výrobe syntetického kaučuku

- Rozpúšťadlo v rôznych procesoch

Nitrobenzén je súčasťou niektorých zmesí na leštenie obuvi. D-Kuru. Zdroj: Wikimedia Commons.

riziká

Nitrobenzén je toxický pri vdýchnutí, požití a absorpcii cez pokožku.

Dráždi pokožku, oči a dýchacie cesty. Môže spôsobiť určitý druh anémie nazývanej methemoglobinémia, čo je zníženie schopnosti červených krviniek uvoľňovať kyslík do tkanív a vedie k únave.

Nitrobenzén okrem toho spôsobuje dýchavičnosť, závraty, zhoršené videnie, dýchavičnosť, kolaps a smrť. Poškodzuje tiež pečeň, slezinu, obličky a centrálny nervový systém.

Odhaduje sa, že to môže byť mutagén a možno aj príčina rakoviny u ľudí, pretože ju spôsobuje u zvierat.

Okrem toho by sa nitrobenzén nemal likvidovať v životnom prostredí. Jeho toxicita pre zvieratá, rastliny a mikroorganizmy spôsobuje, že je veľmi škodlivý pre ekosystémy.

Toxicita voči mikroorganizmom znižuje ich biologickú odbúrateľnosť.

Ošetrenia na jeho odstránenie z prostredia

Kontaminácia životného prostredia nitrobenzénom môže nastať odpadom z rôznych priemyselných odvetví, ktoré ho používajú, napríklad z odvetvia výroby farbív alebo výbušnín.

Nitrobenzén je vysoko toxická znečisťujúca látka, ktorá sa za prírodných podmienok ťažko rozkladá, a preto môže spôsobiť silnú kontamináciu pitnej vody a zavlažovacích systémov plodín.

Kvôli svojej vysokej stabilite a toxicite voči mikroorganizmom je často vybraný ako model v štúdiách čistenia odpadových vôd.

Skúmajú sa rôzne spôsoby odstránenia nitrobenzénu z kontaminovanej vody. Jedným z nich je prostredníctvom fotokatalytickej degradácia, to znamená za použitia slnečné svetlo ako urýchľovača degradačné reakciu v prítomnosti oxidu titaničitého TiO ₂ .

So solárnym reaktorom je možné eliminovať znečistenie vody nitrobenzénom. Mihai-Cosmin Pascariu. Zdroj: Wikimedia Commons.

Úspešne sa testovali aj mikroelektrolytické metódy s katalyzátorom železa (Fe) a medi (Cu) v keramike. Mikroelektrolýza umožňuje štiepenie nitrobenzénu elektrickým prúdom.

Referencie

1. Americká národná lekárska knižnica. (2019). Nitrobenzén. Získané z pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
2. Morrison, RT a Boyd, RN (2002). Organická chémia. 6. vydanie. Prentice Hall.
3. Moldoveanu, SC (2019). Pyrolýza iných zlúčenín obsahujúcich dusík. In Pyrolysis of Organic Molecules (2. vydanie). Obnovené zo stránky sciusalirect.com.
4. Smith, PWG a kol. (1969). Aromatické nitráčné nitrozlúčeniny. Elektrofilné substitúcie. In Aromatic Chemistry. Obnovené zo stránky sciusalirect.com.
5. Windholz, M. a kol. (editori) (1983). Merck Index. Encyklopédia chemikálií, liečiv a biologických látok. Desiate vydanie. Merck & CO., Inc.
6. Ullmannova encyklopédia priemyselnej chémie. (1990). Piate vydanie. Zväzok A22. VCH Verlagsgesellschaft mbH.
7. Whang, T.-J. a kol. (2012). Fotokatalytická degradácia nitrobenzénu UV žiarením pomocou väzby titánu na kremennú trubicu. International Journal of Photoenergy, Zväzok 2012, ID článku 681941. Obnovené z hindawi.com.
8. Shikata, T. a kol. (2014). Tvorba antiparalelného diméru nitrobenzénu v nepolárnych rozpúšťadlách. AIP Advances 4, 067130 (2014). Obnovené z doaj.org.
9. Krogul-Sobczak, A. a kol. (2019). Redukciou nitrobenzénu k anilínu CO / H ₂ O v prítomnosti paládia na nanočastice. Katalyzátory 2019, 9, 404. Získané z mdpi.com.
10. Yang, B. a kol. (2019). Pilotná výroba, vlastnosti a použitie katalyticko-keramického plniva Fe / Cu na čistenie odpadových vôd z nitrobenzénových zlúčenín. Katalyzátory 2019, 9, 11. Získané z mdpi.com.