NITROBENZEN (C6H5NO2): STRUKTURA, VLASTNOSTI, POUŽITÍ, RIZIKA - CHEMIE - 2025

Nitrobenzen je aromatická organická sloučenina, sestávající z benzenového kruhu, C ₆ H ₅ - a nitroskupiny -NO ₂. Jeho chemický vzorec je C ₆ H ₅ NO ₂. Je to bezbarvá nebo světle žlutá, olejovitá kapalina, vonící hořkými mandlemi nebo polevou na boty.

Nitrobenzen je velmi užitečnou sloučeninou v chemickém průmyslu, protože umožňuje získat řadu chemických látek, které mají různá použití. Je to proto, že může být vystaven různým typům reakcí.

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

Mezi důležité chemické reakce jsou nitrace (která umožňuje přidání dalších -NO ₂ skupin na molekulu) a redukce (opak oxidaci, protože dva kyslíkové atomy nitro -NO ₂ skupiny jsou odstraněny a nahrazeny atomy vodíku).

S nitrobenzenem lze připravit například anilin a para-acetaminofenol. Posledně jmenovaný je dobře známý acetaminofen, který je antipyretikum (lék proti horečce) a mírný analgetikum (lék proti menší bolesti).

S nitrobenzenem by se mělo zacházet opatrně, protože je dráždivý a toxický, může způsobovat typ anémie, mezi několika příznaky, a předpokládá se, že způsobuje rakovinu. Je to také škodlivé pro životní prostředí.

Struktura

Nitrobenzen C ₆ H ₅ –NO ₂ je plochá molekula tvořená benzenovým C ₆ H ₅ kruhem - ke kterému je připojena skupina nitro – NO ₂. Její molekula je plochá, protože dochází k elektronické interakci mezi nitro-N02 _skupinou a benzenovým kruhem.

Plochá struktura molekuly nitrobenzenu. Elektrony dvojných vazeb benzenového kruhu mají tendenci interagovat se _skupinou nitro-N02. Autor: Benjah-bmm27. Zdroj: Wikimedia Commons.

Nitro -NO ₂ skupina má tendenci přitahovat elektrony z benzenu C ₆ H ₅ - kroužkem.

Rezonanční struktury nitrobenzenu. Benzenový kruh má tendenci mít kladný náboj, zatímco nitro-NO2 skupina má tendenci mít záporný náboj. Původním uploaderem byla Samuele Madini na italské Wikipedii.. Zdroj: Wikimedia Commons.

Z tohoto důvodu má molekula o něco více negativní stránku (kde jsou kyslíky –NO ₂) a o něco pozitivnější stranu (benzenový kruh).

Oxidy nitroskupiny mají ve srovnání s benzenovým kruhem mírně negativní náboj. Autor: Marilú Stea.

Nomenklatura

- Nitrobenzen.

- Nitrobenzin.

- Nitrobenzol.

- Olej nebo esence myrbanu nebo myrbanu (nepoužívaný termín).

Vlastnosti

Fyzický stav

Bezbarvá až světle žlutá olejovitá kapalina.

Molekulární váha

123,11 g / mol.

Bod tání

5,7 ° C

Bod varu

211 ° C

Bod vzplanutí

88 ° C (metoda uzavřeného kelímku).

teplota samovznícení

480 ° C

Hustota

1,2037 g / cm ³ při 20 ° C

Rozpustnost

Mírně rozpustný ve vodě: 0,19 g / 100 g vody při 20 ° C. Úplně mísitelný s alkoholem, benzenem a diethyletherem.

Chemické vlastnosti

Nitrobenzen je stabilní do asi 450 ° C, kde se začíná rozkládat (v nepřítomnosti kyslíku) NO, NO ₂, benzen, bifenyl, anilin, dibenzofuran a naftalen.

Mezi důležité nitrobenzenové reakce patří redukce, nitrace, halogenace a sulfonace.

Nitrace nitrobenzenu zpočátku produkuje metha-nitrobenzen a při dlouhé reakční době se získá 1,3,5-nitrobenzen.

Reakcí bromu nebo chloru s nitrobenzenem v přítomnosti vhodného katalyzátoru se získá 3-bromnitrobenzen (meta-bromnitrobenzen) nebo 3-chlornitrobenzen (meta-chlornitrobenzen).

Příkladem redukce je, že při zpracování meta-halogenonitrobenzenů cínem (Sn) v kyselině chlorovodíkové (HC1) se získají meta-halogenoaniliny.

Nitrobenzensulfonace se provádí pomocí dýmavé kyseliny sírové při 70 až 80 ° C a produktem je kyselina meta-nitrobenzensulfonová. To může být redukováno železem a HC1 za vzniku kyseliny methanilové.

Dimer formace

V C ₆ H ₆ benzenový roztok, nitrobenzenové molekuly spojují navzájem, tvoří dimery nebo párů molekul. V těchto párech je jedna z molekul v obrácené poloze vzhledem k druhé.

Tvorba nitrobenzenových dimerů s molekulami obrácenými vůči sobě je možná způsobena tím, že každá z nich má mírně pozitivně nabitou stranu a protilehlou negativně nabitější stranu.

V dimeru je mírně pozitivně nabitá strana jedné z molekul pravděpodobně blízká mírně negativně nabité druhé molekule, protože protilehlé náboje se navzájem přitahují, a tak to je s ostatními dvěma stranami.

Nitrobenzenový dimer, tj. Dvě molekuly, které mají sklon pověsit spolu v některých rozpouštědlech. Autor: Marilú Stea.

Další vlastnosti

Má vůni podobnou mandlím nebo polevám na boty. Při snižování teploty tuhne ve formě zelenožlutých krystalů.

Získání

To se získá zpracováním benzen C ₆ H ₆ se směsí kyseliny dusičné HNO ₃ a kyseliny sírové H ₂ SO ₄. Tento proces se nazývá nitrace a zahrnuje tvorbu nitronium iontů NO ₂ ⁺ díky přítomnosti kyseliny sírové H ₂ SO ₄.

- Tvorba nitroniového iontu NO ₂ ⁺:

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

- Nitronium ion útočí na benzen:

C ₆ H ₆ + NO ₂ ⁺ → C ₆ H ₆ NO ₂ ⁺

- vzniká nitrobenzen:

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

Celkem:

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

Nitrační reakce benzenu je velmi exotermická, to znamená, že se vytváří velké množství tepla, takže je velmi nebezpečná.

Aplikace

Při získávání anilinu a acetaminofenu

Nitrobenzenu se používá hlavně pro syntézu anilinu C ₆ H ₅ NH ₂, což je sloučenina, široce používané pro přípravu pesticidů, dásní, barviva, výbušnin a drog.

K získání anilinu dochází redukcí nitrobenzenu v kyselém prostředí v přítomnosti železa nebo cínu, což se provádí podle následujících kroků:

Nitrobenzen → Nitrosobenzen → Fenylhydroxylamin → Anilin

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

Redukce nitrobenzenu za získání anilinu. Benjah-bmm27. Zdroj: Wikimedia Commons.

V závislosti na podmínkách může být proces zastaven v jednom z přechodných kroků, například fenylhydroxylaminu. Z fenylhydroxylaminu v silně kyselém prostředí lze para-aminofenol připravit:

Fenylhydroxylamin → p-aminofenol

C ₆ H ₅ NHOH → HOC ₆ H ₄ NH ₂

Ten je ošetřen anhydridem kyseliny octové za získání paracetamolu (acetaminofenu), známého antipyretika a mírného analgetika, tj. Léčiva pro léčbu horečky a bolesti.

Někdy je možné medikovat děti horečkou acetaminofenem. Acetaminofen je derivát nitrobenzenu. Autor: Augusto Ordonez. Zdroj: Pixabay.

Tablety acetaminofenu, derivát nitrobenzenu. Paracetamol_acetaminophen_500_mg_pills.jpg: Michelle Tribe z Ottawy, kanadská autorivativní práce: Anrie. Zdroj: Wikimedia Commons.

Dalším způsobem, jak získat anilin, je redukce nitrobenzenu oxidem uhelnatým (CO) ve vodném médiu v přítomnosti velmi malých částic (nanočástic) palladia (Pd) jako katalyzátoru.

C ₆ H ₅ –NO ₂ + 3 CO + H ₂ O → C ₆ H _{5 –} NH ₂ + 3 CO ₂

Při získávání dalších chemických sloučenin

Nitrobenzen je výchozím bodem pro získání velkého množství sloučenin používaných jako barviva, pesticidy, léčiva a kosmetika.

Některá barviva se získávají díky nitrobenzenu. Autor: Edith Lüthi. Zdroj: Pixabay.

Například umožňuje získat 1,3-dinitrobenzen, který chlorací (přídavkem chloru) a redukcí (odstraněním atomů kyslíku) vytvoří 3-chloranilin. Používá se jako meziprodukt pro pesticidy, barviva a léčiva.

Nitrobenzen byl použit k přípravě benzidinu, což je barvivo. Kromě toho se nitrobenzen používá k přípravě chinolinu, azobenzenu, kyseliny methanilové, dinitrobenzenu, isokyanátů nebo pyroxylinu z mnoha dalších sloučenin.

V různých aplikacích

Nitrobenzen se používá nebo byl používán jako:

- Extrakční rozpouštědlo pro čištění mazacích olejů používaných ve strojních zařízeních

- Rozpouštědlo pro ethery celulózy

- Složka směsí pro leštění kovů

- V mýdlech

- Ve směsích pro leštění obuvi

- Konzervační prostředek pro sprejové barvy

- Složka směsí pro leštění podlah

- Náhrada mandlové esence

- V parfémovém průmyslu

- Při výrobě syntetického kaučuku

- Rozpouštědlo v různých procesech

Nitrobenzen je součástí některých směsí na leštění obuvi. D-Kuru. Zdroj: Wikimedia Commons.

Rizika

Nitrobenzen je toxický při vdechování, požití a vstřebávání kůží.

Dráždí kůži, oči a dýchací cesty. Může způsobit typ anémie zvané methemoglobinémie, což je snížení schopnosti červených krvinek uvolňovat kyslík do tkání a vede k únavě.

Nitrobenzen navíc způsobuje dušnost, závratě, zhoršené vidění, dušnost, kolaps a smrt. Poškozuje také játra, slezinu, ledviny a centrální nervový systém.

Odhaduje se, že to může být mutagen a možná příčina rakoviny u lidí, protože ji způsobil u zvířat.

Nitrobenzen by se navíc neměl likvidovat v životním prostředí. Její toxicita pro zvířata, rostliny a mikroorganismy je velmi škodlivá pro ekosystémy.

Toxicita vůči mikroorganismům snižuje jejich biologickou rozložitelnost.

Ošetření pro jeho odstranění z prostředí

Znečištění životního prostředí nitrobenzenem může nastat prostřednictvím odpadů z různých průmyslových odvětví, které jej používají, například z odvětví barviv nebo výbušnin.

Nitrobenzen je vysoce toxická znečišťující látka, která se za přírodních podmínek obtížně rozkládá, a proto může způsobit vážnou kontaminaci pitné vody a zavlažovacích systémů plodin.

Vzhledem ke své vysoké stabilitě a toxicitě vůči mikroorganismům je často vybrán jako model ve studiích čištění odpadních vod.

Jsou zkoumány různé způsoby odstraňování nitrobenzenu z kontaminované vody. Jedním z nich je prostřednictvím fotokatalytické degradace, to znamená za použití sluneční světlo jako urychlovače degradační reakci v přítomnosti oxidu titaničitého TiO ₂.

Se solárním reaktorem je možné eliminovat znečištění vody nitrobenzenem. Mihai-Cosmin Pascariu. Zdroj: Wikimedia Commons.

Rovněž byly úspěšně testovány mikroelektrolytické metody s katalyzátorem železa (Fe) a mědi (Cu) v keramice. Mikroelektrolýza umožňuje štěpení nitrobenzenu elektrickým proudem.

Reference

1. Americká národní lékařská knihovna. (2019). Nitrobenzen. Obnoveno z pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
2. Morrison, RT a Boyd, RN (2002). Organická chemie. 6. vydání. Prentice-Hall.
3. Moldoveanu, SC (2019). Pyrolýza jiných sloučenin obsahujících dusík. V pyrolýze organických molekul (druhé vydání). Obnoveno z sciposedirect.com.
4. Smith, PWG a kol. (1969). Aromatické nitrační nitrosloučeniny. Elektrofilní substituce. In Aromatic Chemistry. Obnoveno z sciposedirect.com.
5. Windholz, M. a kol. (editoři) (1983). The Merck Index. Encyklopedie chemických látek, léčiv a biologických látek. Desáté vydání. Merck & CO., Inc.
6. Ullmannova encyklopedie průmyslové chemie. (1990). Páté vydání. Svazek A22. VCH Verlagsgesellschaft mbH.
7. Whang, T.-J. et al. (2012). UV-ozářená fotokatalytická degradace nitrobenzenu vazbou Titania na křemennou trubici. International Journal of Photoenergy, svazek 2012, ID článku 681941. Obnoveno z hindawi.com.
8. Shikata, T. a kol. (2014). Tvorba antiparalelního dimeru nitrobenzenu v nepolárních rozpouštědlech. AIP Advances 4, 067130 (2014). Obnoveno z doaj.org.
9. Krogul-Sobczak, A. a kol. (2019). Redukcí nitrobenzenu k anilinu CO / H ₂ O v přítomnosti paladia na nanočástice. Katalyzátory 2019, 9, 404. Získáno z mdpi.com.
10. Yang, B. a kol. (2019). Pilotní výroba, vlastnosti a použití katalyticko-keramického plniva Fe / Cu pro čištění odpadních vod z nitrobenzenových sloučenin. Katalyzátory 2019, 9, 11. Získáno z mdpi.com.