Нитробензол

Размещено на http://www.allbest.ru/

Оглавление

Введение

1. Физические свойства

2. Структурная формула нитробензола

3. Химические свойства

3.1. Электрофильное замещение

3.2. Нуклеофильное замещение

3.3. Реакции восстановления

4. Способы получения нитробензола

4.1 Получение нитробензола в промышленности

4.2. Получение нитробензола в лаборатории

5. Применение нитобензола

6. Опасность. Биологическая роль и токсичность

6.1. Лечение

Заключение

Список литературы



Введение

Нитробензол (нитробензол, на простом языке -- мирабановое масло, mirabane сущность) является токсичным органическим соединением, которое имеет ароматическое ядро и нитро-группу, присоединенную к нему, обладающее миндальным запахом. Формула C₆H₅NO_2.

По внешнему виду, в зависимости от температуры, появляются ярко-желтые кристаллы или маслянистая жидкость.

Причиной исследования нитробензола является резкий запах горького миндаля из дистиллятов при отсутствии синильной кислоты, иногда наличие в них тяжелых маслянистых капель светло-желтого цвета.

Нитробензол - это исходное сырье в производстве анилина, азотсодержащих ароматических соединений (бензидин, хинолин, азобензол), сложноэфирного растворителя целлюлозы, так же входит в состав полирующих компонентов для металлов. Он используется в качестве растворителя и мягкого окислителя. Он в основном используется в качестве прекурсора для производства анилина.

Сам нитробензол используется очень редко, только в качестве селективного растворителя (например, для сложных эфиров целлюлозы) или мягкого окислителя. Иногда его добавляют в полировочные растворы для металлов.



Физические свойства

Внешний вид нитробензола - при комнатной температуре представляет собой бесцветную маслянистую жидкость с запахом горького миндаля. При температуре 5,8 ° С он затвердевает и превращается в желтые кристаллы. Это вещество, почти как некоторые ароматические соединения, нерастворимо в воде (0,19% по массе при 297 к, 0,8% при 350 К), но хорошо растворимо в органических соединениях, особенно в бензоле. Его также можно дистиллировать с помощью водяного пара.

Молярная масса - 123,06 г/моль

Плотность - 1,199 г/смі

Энергия ионизации - 9,92 ± 0,01 эВ

Термические свойства

Температура:

* плавления - 5,85 °C

* кипения - 210,9 °C

* вспышки - 88 °C

* самовоспламенения - 482 °C

Пределы взрываемости - 1,8 ± 0,1 об.%

Удельная теплоёмкость - 1510 Дж/(кг·К)

Давление пара - 0,3 ± 0,1 мм рт.ст.

Рaстворимость в воде - 0,19 г/100 мл (20 °C)

Оптические свойства

Показатель преломления - 1,5562

Структура

Дипольный момент - 4,22 Д

Безопасность

Предельная концентрация - 1 мг/м3

Токсичность - Класс опасности 2



Cтруктурная фoрмула нитрoбензолa

Нитрогруппа является очень сильным акцептором электронной плотности.

Этo влияниe oсуществляется зa счeт oтрицательного индуктивнoго эффектa (-I-эффект) и oтрицательного мезoмернoго эфекта (-М-эффект - р,р-сопряжение). Электронная плотность сильно смещена от бензольного кольца к нитрогруппе.

Поэтому молекула нитробензола обладает отрицательным индуктивным и отрицательным мезомерным эффектом.

Нитрогруппа довольно сильно притягивает электронную плотность ароматического ядра и дезактивирует его. Электрофильные агенты уже не так сильно притягиваются к ядру, а нитробензол не так активен, чтобы вступить в соответствующие реакции. Чтобы непосредственно присоединить другую нитрогруппу к нитробензолу, требуются жесткие условия , гораздо более жесткие, чем при синтезе мононитробензола. Также самое относится к галогенам, сульфогруппам и др.

Все атомы в молекуле нитробензола находятся в состоянии sp2-гибридизации, углы близки к 120⁰, средняя длина углерод-углеродных связей близка к аналогичным соотношениям в бензоле (0,139 Нм), азот-кислородных связей - 0,123 Нм.

Из структурной формулы нитробензола ясно, что одна азотно-кислородная связь одинарная, а другая двойная. Но на самом деле, благодаря мезомерному эффекту, они оба равнозначны и имеют одинаковую длину 0,123 Нм. Электронная структура самой нитрогруппы описывается с помощью следующих граничных структур:

Oбе связи N-O в мoлекуле рaвнозначны.

Тaким образом, мезoформула нитрoбензола имеет слeдующий вид:

Наибoлее oбъединены элeктронной плoтностью орто- и пара-пoложения.

Нитрогруппа усложняет реакции с электрофильными реагентами и ориентирует место вступления электрофила в мета-положение:

Нитрогруппа резко повышает реакционную способность нитроаренов по отношению к нуклеофильным агентам, направляя их в орто - и пара-положения:



3. Химические свойства

Как сложное вещество, нитробензол обладает слабыми основными свойствами. Растворяется в концентрированных кислотах (при разбавлении таких растворов осаждается вода). Он беспредельно смешивается с диэтиловым эфиром, бензолом, некоторыми другими органическими растворителями. Вещество также подвергают паровой дистилляции.

Электрофильное замещение (хлорирование, нитрование, сульфирование) происходит сложнее, чем для бензола, что связано с сильным электрорецепторным действием группы NО₂.

3.1 Электрофильное замещение

Для нитробензола, как и для любой арена, характерны реакции электрофильного замещения в ядре, хотя они несколько затрудняются по сравнению с бензолом из-за влияния нитрогруппы.

Нитрирование

Из нитробензола можно получить динитробензол путем дальнейшего нитрования смесью азотной и серной кислот при высокой температуре. Полученный продукт будет преимущественно на 93% состоять из мета-динитробензола. Возможно даже получение тринитробензола прямым путем. Для этого необходимо использовать еще более жесткие условия, а также трехфтористый бор.

Сульфирование

Точно так же нитробензол может сульфироваться. Для этого используется очень сильный сульфирующий реагент - олеум (раствор диоксида серы (VI) в серной кислоте).

Температура реакционной смеси должна быть не менее 80 ° С.

Прямое галогенирование

Другой реакцией электрофильного замещения является прямое галогенирование. В качестве катализаторов используются сильные кислоты Льюиса (хлорид алюминия, трифтористый бор и др.), а также повышенная температура.

3.2 Нуклеофильное замещение

Как видно из структурной формулы, нитробензол может вступать в реакции с сильными электронодонорным соединениями. Это возможно благодаря влиянию нитрогруппы. Примером такой реакции может служить взаимодействие с концентрированными или твердыми гидроксидами щелочных металлов. Но в этой реакции нитробензол натрия не образуется. Химическая формула нитробензола предполагает скорее соединение гидроксильной группы с ядром, то есть образование нитрофенола. Но это происходит только в довольно жестких условиях.

Аналогичная реакция происходит и с органическими соединениями магния. Углеводородный радикал присоединяется к ядру в орто-или параположении к нитрогруппе. Побочным процессом в этом случае является восстановление нитрогруппы в аминогруппы. Реакции нуклеофильных замещений проще, если имеется несколько нитрогрупп, так как они еще больше увеличивают электронную плотность ядра.

3.3 Реакции восстановления

Как известно, нитросоединения могут быть восстановлены до аминов. Не является исключением и нитробензол, формула которого предполагает возможность протекания этой реакции. Она часто используется в промышленности для синтеза анилина. Но нитробензол может обеспечить много других продуктов восстановления.

Гидрирование

Важнейшей реакцией ароматических нитросоединений является восстановление их до первичных аминов. Наиболее часто используют восстановление атомарным водорода в момент его выделения, т. е. в реакционной смеси проводят реакцию взаимодействия кислоты с металлом, а выделяющийся водород реагирует с нитробензолом. Обычно при таком взаимодействии получается анилин.

Реакция протекает через ряд промежуточных стадий:

Образовавшийся анилин извлекают эфиром и исследуют ре-акциями на анилин. Обнаруживается 0,4 мг нитро-бензола во всем объеме дистиллята.

Восстановление нитробензола цинковой пылью в растворе хлорида аммония

Если нитробензол провзаимодействует с цинковой пылью в растворе хлорида аммония, то продуктом реакции будет N-фенилгидроксиламин. Это соединение может быть относительно легко восстановлено стандартным способом до анилина или окислено обратно в нитробензол сильным окислителем.

.

Гидрирование в присутствии катализатора

Восстановление может также осуществляться в газовой фазе молекулярным водородом в присутствии платины, палладия или никеля. В этом случае также получается анилин, но есть возможность восстановления самого бензольного ядра, что часто нежелательно. Иногда при промышленном гидрировании нитробензола до анилина в качестве катализатора используют никель в сочетании с оксидами ванадия и алюминия. Этот катализатор эффективен в интервале 250-300 ° и легко регенерируется при окислении воздухом. Выход анилина и других аминов составляет 97-98%.

В настоящее время каталитическое гидрирование используется для восстановления нитрогруппы в аренах до аминогруппы в промышленных условиях. В качестве катализатора медь используется на силикагеле в качестве носителя. Катализатор получают путем нанесения карбоната меди из суспензии в растворе силиката натрия и последующего восстановлением водорода при нагревании. Выход анилина по этому катализатору составляет 98%.

По этой причине для получения ароматических аминов избегают использовать в качестве катализаторов платину, палладий или никель Ренея.

Иногда также используется катализатор, такой как никель Ренея. Он представляет собой пористый никель, насыщенный водородом и содержащий 15% алюминия. Но восстановление нитросоединений до аминов может сопровождаться гидрированием бензольного кольца. По этой причине для получени ароматических аминов они избегают использования в качестве катализаторов платину, палладий или никель.

Восстановление нитробензола под действием алкоголятов

Когда нитробензол восстанавливается до калиевых или натриевых спиртов, образуется азоксибензол.

Восстановление в щелочной среде

Первоначально восстановление нитробензола осуществлялось сульфидом аммония. Этот метод был предложен Зининым Н.Н. в 1842 году, поэтому реакция носит его имя. Однако в настоящее время он редко используется на практике из-за низкой производительности.

При использовании более сильных восстановителей в щелочной среде получается азобензол.

Эта реакция также довольно важна, потому что с ее помощью синтезируются некоторые красители.

Азобензол может быть дополнительно восстановлен в щелочной среде до образования гидразобензола.



4. Способы получения нитробензола

4.1 Получение нитробензола в промышленности

Нитробензол является важным промежуточным продуктом в синтезе многих веществ. Поэтому его производят в промышленных масштабах. Основной способ получения нитробензола - нитрирование бензола. Обычно используется нитрующая смесь (смесь концентрированных серной и азотной кислот). Реакцию проводят в течение 45 минут при температуре около 50 ° С. выход нитробензола составляет 98%. Именно поэтому этот способ используется в основном в промышленности.

Для его реализации существуют специальные установки как периодического, так и непрерывного типа. В 1995 году производство нитробензола в США составляло 748 000 тонн в год.

Нитрование бензола также можно проводить только концентрированной азотной кислотой, но в этом случае выход продукта будет ниже.

4.2 Получение нитробензола в лаборатории

Есть и другой способ получения нитробензола. В качестве сырья здесь используется анилин (аминобензол), который окисляется пероксисоединениями. Благодаря этому аминогруппа заменяется нитрогруппой. Однако в ходе этой реакции образуется несколько побочных продуктов, которые препятствуют эффективному использованию этого метода в промышленности. Кроме того, нитробензол в основном используется для синтеза анилина, поэтому использовать анилин для получения нитробензола не имеет смысла.



5. Применение нитробензола

В качестве растворителя нитробензол обладает превосходными свойствами: обладая высокой растворимостью, он выделяется своими селективными свойствами. Он обладает высокой стабильностью в рабочих условиях и не вызывает коррозии оборудования; имеет низкую упругость пара ( 0, 5 мм при 32), так что потери его от испарения незначительны; при этом содержание его паров в атмосфере рабочей зоны невелико, что крайне важно из-за его ядовитых свойств. Использование нитробензола в качестве селективного растворителя не требует предварительной подготовки сырья дистилляцией или кислотной очисткой. Однако переработка нитробензола, в результате, дает самые высокие выходы смазочных масел очень высокого качества; в частности, эти масла выделяются своим цветом, так как нитробензол обладает выдающейся способностью извлекать из масел красящие вещества.

Почти весь производимый нитробензол используется для синтеза других полезных веществ (например, анилина), которые, в свою очередь, используются для синтеза лекарств, красителей, полимеров, взрывчатых веществ и т. д.

Производные нитробензола используются в качестве взрывчатых веществ и компонентов ракетных топлив. В парфюмерии - в качестве душистых или фиксирующих аромат веществ, в том числе-искусственного мускуса.



Опасность. Биологическая роль и токсичность

Из-за своих физических и химических свойств нитробензол является очень опасным соединением. Он имеет вторую уровень опасности для здоровья из четырех в соответствии со стандартом NFPA 704. При отравлении большой концентрацией нитробензола человек может потерять сознание и умереть. В небольших концентрациях симптомами отравления являются недомогание, головокружение, шум в ушах, тошнота и рвота. Концентрация, достаточная для отравления, очень мала, хотя точных данных о летальной дозе нет. В специальной литературе часто появляется информация, что 1-2 капли нитробензола достаточно, чтобы убить человека.

Нитробензол-это сильный яд, который может проникнуть в организм при попадает на кожу. Вдыхание большого количества нитробензола может вызвать тошноту, рвоту с последующими симптомами столбняка. Смерть наступает из-за нарушения работы органов дыхания. При проведении необходимых мер безопасности работа с нитробензолом не представляет опасности для здоровья работников.

6.1 Лечение

При отравлении нитробензолом пострадавшего необходимо немедленно вывести из токсической зоны и снять зараженную одежду. При легком отравлении необходимо принимать цистамин, пиридоксин или липоевую кислоту. В более тяжелых случаях рекомендуется внутривенное введение метиленовой сини или хромосмон. При отравлении нитробезнолом через рот необходимо немедленно вызвать рвоту и промыть желудок теплой водой. Противопоказано принимать любые жиры, в том числе и молоко.



Заключение

Исходя из вышеизложенного, можно сделать вывод, что нитробензол это ядовитое органическое соединение, которое по внешнему виду представляет собой ярко-желтые кристаллы или маслянистая жидкость, в зависимости от температуры. Нитробензол в изобилии используется в различных отраслях промышленности например: мыловарение, производство обувных кремов, для растворения красок. Так как нитробензол является сильным ядом, при его использовании в лабораториях и в заводской практике необходимо тщательно соблюдать все правила охраны труда и техники безопасности.

При отравлении необходимо тщательно промыть теплой водой с мылом, чтобы удалить нитробензол с кожи.

нитробензол химический биологический применение токсичность



Список литературы

1. Л. Гаммет. Основы физической органической химии: скорости, равновесия, механизмы реакций, Москва

2. Химический энцеклопедический словарь. «Советская энциклопедия» И.Л. Кнунянц

3. Нитробензол [Электронный ресурс]: Википедия. Свободная энциклопедия. - URLНитробензол -- Википедия (wikipedia.org) (дата обращения: 12.12.2020)

4. Свойства вещества: Нитробензол [Электронный ресурс]: Химия и токсикология. База данных свойств веществ. - URL: http://chemister.ru/Database/properties.php?dbid=1&id=1102 (дата обращения: 14.12.2020)

5. Применение - нитробензол - Большая энциклопедия нефти и газа [Электронный ресурс]: Образовательная социальная сеть nsportal. - URL: Применение - нитробензол - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 2 (ngpedia.ru) (дата обращения: 14.12.2020)

6. Нитробензол: Химические свойства, получение [Электронный ресурс]: Блог. - URL: Нитробензол, структурная формула, химические свойства (acetyl.ru)(дата обращения: 14.12.2020)

7. Краска, полимеризация и строительная химия [Электронный курс]: Ataman Chemicals. - URL: https://atamankimya.com/sayfalar.asp?LanguageID=3&cid=3&id=9&id2=722 (дата обращения: 14.12.2020)

Размещено на Allbest.ru

...