نیتروبنزن چیست؟ این یک ترکیب آلی است که یک هسته معطر و یک گروه نیترو متصل به آن است. از نظر ظاهر، بسته به دما، بلورهای زرد روشن یا مایع روغنی هستند. دارای رایحه بادام سمی.
فرمول ساختاری نیتروبنزن
گروه نیترو یک گیرنده چگالی الکترون بسیار قوی است. بنابراین، مولکول نیتروبنزن دارای اثر مزومریک القایی منفی و منفی است. گروه نیترو به شدت چگالی الکترون هسته معطر را جذب می کند و آن را غیرفعال می کند. معرف های الکتروفیل دیگر به شدت به سمت هسته جذب نمی شوند و بنابراین نیتروبنزن چندان فعالانه در چنین واکنش هایی درگیر نمی شود. برای افزودن مستقیم گروه نیترو دیگری به نیتروبنزن، شرایط بسیار سختی لازم است، بسیار سخت‌تر از سنتز مونونیتروبنزن. همین امر در مورد هالوژن ها، گروه های سولفو و غیره صدق می کند.
از فرمول ساختاری نیتروبنزن می توان دریافت که یک پیوند نیتروژن با اکسیژن منفرد و دیگری دوگانه است. اما در واقع، به دلیل اثر مزومریک، هر دو معادل هستند و طول یکسانی برابر با 0.123 نانومتر دارند.
دستیابی به نیتروبنزن در صنعت
نیتروبنزن یک واسطه مهم در سنتز بسیاری از مواد است. بنابراین در مقیاس صنعتی تولید می شود. راه اصلی بدست آوردن نیتروبنزن نیتراسیون بنزن است. معمولاً برای این کار از مخلوط نیترات کننده (مخلوطی از اسید سولفوریک غلیظ و نیتریک اسید) استفاده می شود. واکنش به مدت 45 دقیقه در دمای حدود 50 درجه سانتیگراد انجام می شود. بازده نیتروبنزن 98 درصد است. به همین دلیل است که این روش عمدتاً در صنعت استفاده می شود. برای اجرای آن، نصب های ویژه ای از هر دو نوع دوره ای و پیوسته وجود دارد. در سال 1995، تولید نیتروبنزن ایالات متحده 748000 تن در سال بود.
نیتراسیون بنزن را می توان به سادگی با اسید نیتریک غلیظ انجام داد، اما در این صورت بازده محصول کمتر خواهد بود.
دستیابی به نیتروبنزن در آزمایشگاه
راه دیگری برای دریافت نیتروبنزن وجود دارد. در اینجا از آنیلین (آمینوبنزن) به عنوان ماده خام استفاده می شود که با ترکیبات پراکسی اکسید می شود. به همین دلیل، گروه آمینه با یک گروه نیترو جایگزین می شود. اما در طی این واکنش چندین فرآورده جانبی تشکیل می شود که مانع استفاده موثر از این روش در صنعت می شود. علاوه بر این، نیتروبنزن عمدتاً برای سنتز آنیلین استفاده می شود، بنابراین استفاده از آنیلین برای تولید نیتروبنزن منطقی نیست.
خواص فیزیکی
در دمای اتاق، نیتروبنزن یک مایع روغنی بی رنگ با بوی بادام تلخ است. در دمای 5.8 درجه سانتی گراد، آن راسخت می شود و به کریستال های زرد تبدیل می شود. نیترو بنزن در دمای 211 درجه سانتیگراد می جوشد و در دمای 482 درجه سانتیگراد خود به خود مشتعل می شود. این ماده تقریباً مانند هر ترکیب معطری در آب نامحلول است، اما در ترکیبات آلی به ویژه در بنزن بسیار محلول است. همچنین می توان آن را با بخار تقطیر کرد.
جایگزینی الکتروفیل
برای نیتروبنزن، مانند هر آرن، واکنش های جایگزینی الکتروفیل در هسته مشخصه است، اگرچه به دلیل تأثیر گروه نیترو در مقایسه با بنزن تا حدودی دشوار است. بنابراین، دی‌نیتروبنزن را می‌توان با نیتراسیون بیشتر با مخلوطی از اسیدهای نیتریک و سولفوریک در دمای بالا از نیتروبنزن به دست آورد. محصول حاصل عمدتاً (93 درصد) متا دی‌نیتروبنزن است. حتی می توان تری نیتروبنزن را به صورت مستقیم بدست آورد. اما برای این کار لازم است از شرایط سخت تر و همچنین تری فلوراید بور استفاده شود.
به همین ترتیب، نیتروبنزن را می توان سولفونه کرد. برای انجام این کار، از یک عامل سولفور کننده بسیار قوی - اولئوم (محلول اکسید گوگرد VI در اسید سولفوریک) استفاده کنید. دمای مخلوط واکنش باید حداقل 80 درجه سانتیگراد باشد. یکی دیگر از واکنش های جایگزینی الکتروفیل هالوژناسیون مستقیم است. اسیدهای لوئیس قوی (کلرید آلومینیوم، تری فلوراید بور و غیره) و دماهای بالا به عنوان کاتالیزور استفاده می شوند.
جایگزینی هسته دوست
همانطور که از فرمول ساختاری مشخص است، نیتروبنزن می تواند با ترکیبات الکترون دهنده قوی واکنش دهد. این هستاحتمالاً به دلیل تأثیر گروه نیترو است. نمونه ای از چنین واکنشی برهمکنش با هیدروکسیدهای غلیظ یا جامد فلزات قلیایی است. اما این واکنش نیتروبنزن سدیم را تشکیل نمی دهد. فرمول شیمیایی نیتروبنزن بیشتر پیشنهاد می کند که یک گروه هیدروکسیل به هسته اضافه شود، یعنی تشکیل نیتروفنول. اما این فقط در شرایط نسبتاً سخت اتفاق می افتد.
واکنش مشابهی با ترکیبات ارگانومیزیمی رخ می دهد. رادیکال هیدروکربنی در موقعیت ارتو یا پارا به گروه نیترو به هسته متصل می شود. یک فرآیند جانبی در این مورد کاهش گروه نیترو به گروه آمینه است. واکنش‌های جانشینی هسته دوست در صورت وجود چندین گروه نیترو آسان‌تر است، زیرا آنها چگالی الکترونی هسته را قوی‌تر می‌کشند.
واکنش بازیابی
همانطور که می دانید، ترکیبات نیترو را می توان به آمین کاهش داد. نیتروبنزن نیز از این قاعده مستثنی نیست که فرمول آن احتمال این واکنش را نشان می دهد. اغلب در صنعت برای سنتز آنیلین استفاده می شود.
اما نیتروبنزن می تواند بسیاری از محصولات بازیابی دیگر را ایجاد کند. اغلب، احیای با هیدروژن اتمی در زمان انتشار آن استفاده می شود، به عنوان مثال، یک واکنش اسید و فلز در مخلوط واکنش انجام می شود و هیدروژن آزاد شده با نیتروبنزن واکنش می دهد. معمولاً این برهمکنش آنیلین تولید می کند.
اگر نیتروبنزن با گرد و غبار روی در محلول کلرید آمونیوم تصفیه شود، محصول واکنش N-phenylhydroxylamine خواهد بود.این ترکیب را می توان به راحتی به روش استاندارد به آنیلین احیا کرد یا با یک عامل اکسید کننده قوی به نیتروبنزن برگشت.
کاهشهمچنین می تواند در فاز گاز با هیدروژن مولکولی در حضور پلاتین، پالادیوم یا نیکل انجام شود. در این حالت آنیلین نیز به دست می آید اما احتمال کاهش خود حلقه بنزن وجود دارد که اغلب نامطلوب است. گاهی از کاتالیزوری مانند نیکل رانی نیز استفاده می شود. این نیکل متخلخل، اشباع شده با هیدروژن و حاوی 15 درصد آلومینیوم است.
وقتی نیتروبنزن توسط الکلات پتاسیم یا سدیم احیا می شود، آزوکسی بنزن تشکیل می شود. اگر از عوامل کاهنده قوی تری در محیط قلیایی استفاده کنید، آزوبنزن دریافت می کنید. این واکنش نیز بسیار مهم است، زیرا برخی از رنگ ها با کمک آن سنتز می شوند. آزوبنزن را می توان در یک محیط قلیایی تحت احیاء بیشتر قرار داد تا هیدرازوبنزن را تشکیل دهد.
در ابتدا احیای نیتروبنزن با سولفید آمونیوم انجام شد. این روش در سال 1842 توسط N. N. Zinin پیشنهاد شد، بنابراین واکنش نام او را به خود اختصاص داد. اما در حال حاضر به ندرت در عمل به دلیل بازدهی کم استفاده می شود.
برنامه
خود نیتروبنزن بسیار به ندرت استفاده می شود، فقط به عنوان یک حلال انتخابی (مثلاً برای اترهای سلولز) یا یک عامل اکسید کننده ملایم. گاهی اوقات به محلول های پرداخت فلز اضافه می شود.
تقریباً تمام نیتروبنزن تولید شده برای سنتز سایر مواد مفید (مثلاً آنیلین) استفاده می شود که به نوبه خود،برای سنتز داروها، رنگها، پلیمرها، مواد منفجره و غیره استفاده می شود.
خطر
نیتروبنزن به دلیل خواص فیزیکی و شیمیایی آن یک ترکیب بسیار خطرناک است. این ماده دارای سطح خطر سه از چهار تحت NFPA 704 است. علاوه بر استنشاق یا از طریق غشاهای مخاطی، از طریق پوست نیز جذب می شود. هنگامی که با غلظت زیادی از نیتروبنزن مسموم می شود، فرد می تواند هوشیاری خود را از دست بدهد و بمیرد. در غلظت‌های پایین، علائم مسمومیت شامل بی‌حالی، سرگیجه، وزوز گوش، حالت تهوع و استفراغ است. یکی از ویژگی های مسمومیت با نیتروبنزن میزان بالای عفونت است. علائم خیلی سریع ظاهر می شوند: رفلکس ها مختل می شوند، خون به دلیل تشکیل متهموگلوبین در آن قهوه ای تیره می شود. گاهی ممکن است بثورات روی پوست ایجاد شود. غلظت کافی برای تجویز بسیار کم است، اگرچه اطلاعات دقیقی در مورد دوز کشنده وجود ندارد. اطلاعاتی اغلب در متون تخصصی یافت می شود که 1-2 قطره نیتروبنزن برای کشتن یک فرد کافی است.
درمان
در صورت مسمومیت با نیتروبنزن، قربانی باید فوراً از ناحیه سمی خارج شود و لباس های آلوده خلاص شود. بدن با آب گرم و صابون شسته می شود تا نیتروبنزن از پوست خارج شود. هر 15 دقیقه، قربانی با کربن استنشاق می شود. برای مسمومیت خفیف باید سیستامین، پیریدوکسین یا اسید لیپوئیک مصرف شود. در موارد شدیدتر، متیلن بلو یا کرومومون وریدی توصیه می شود. درمسمومیت با نیتروبزنول از طریق دهان، لازم است بلافاصله استفراغ ایجاد کنید و معده را با آب گرم بشویید. مصرف هر نوع چربی از جمله شیر ممنوع است.
