Нитробензо́л — ароматическое нитросоединение, простейший представитель класса нитробензолов. При комнатной температуре является бледно-желтой маслянистой жидкостью с характерным запахом горького миндаля.
Физические свойства При замерзании нитробензол образует зеленовато-жёлтые кристаллы. Не растворяется в воде (0,19 % по массе при 297 K, 0,8 % при 350 K). Растворяется в концентрированных кислотах (при разведении таких растворов водой осаждается). Неограниченно смешивается с диэтиловым эфиром, бензолом, некоторыми другими органическими растворителями. Перегоняется с водяным паром. Показатель преломления (для D-линии натрия (589 нм), при 297K) 1,5562. Дипольный момент газообразных молекул (в дебаях) 4,22 D. Удельная теплоёмкость 1,51 Дж/(г·К)Волков А. И. Жарский И. М. «Большой химический справочник». Мн.:Современная школа, 2005, 608 с. ISBN 985-6751-04-7 стр. 257, 267.
Получение Основной способ получения нитробензола (как и других нитроаренов) — нитрование в условиях электрофильного замещения бензола (соответственно, аренов). Электрофильной частицей является ион нитрония NO2+Бартон Д, Оллис Д.(ред.) «Общая органическая химия» в 12 т., М.:Химия, 1982. Т.3, стр. 403—410. В промышленности нитробензол получают непрерывным нитрованием бензола смесью концентрированных H2SO4 и HNO3 с выходом 96—99 %.
В лабораторных условиях нитробензол получают нитрованием бензола смесью H2SO4 (1,84 г/см3) и HNO3 (1,4 г/см3) в соотношении 1:1 при 40—60 °C (45 мин). Выход целевого продукта достигает 80 %.
Принципиально возможна (но не применяется в силу низкого выхода) реакция нитрования бензола концентрированной азотной кислотой. Несколько реже (как и для получения других нитроаренов) в лабораториях используют замещение, модификацию или элиминирование заместителей, уже имеющихся при бензольном кольце.
Например, возможно получать нитробензол окислением анилина перокситрифторуксусной кислотой (или другими окислителями; чем менее кислая среда — тем больше доля азоксибензола в продуктах).
Химические свойства
Электрофильное замещение В связи с сильным электроноакцепторным действием нитрогруппы реакции электрофильного замещения идут в мета-положение, и скорость реакции ниже чем у бензола. При нитровании образуется смесь изомеров: 93% м-динитробензола, 6% о-динитробензола и 1% п-динитробензола.
При сульфировании 60% олеумом получается м-нитробензосульфокислота (м-НБСК).
При хлорировании нитробензола в присутствии катализатора образуется 3-нитрохлорбензол.
При бромировании в присутствии железа образуется м-бромнитробензол с хорошим выходом.Гельман Х. (ред.) Казанский Б. А. (ред.) «Синтезы органических препаратов», М.: Гос. Изд-во иностранной литературы, 1949. Сб. 1, стр. 130—134. Сб. 2, стр. 12-15. Сб. 3, стр. 7-8, 354—356
Нитробензол не вступает в реакцию Фриделя-Крафтса.Кнунянц И. Л. (глав.ред.) «Химическая энциклопедия» в пяти томах. М.:Советская энциклопедия, 1988. Т.3, стр. 267—268 Были найдены условия, в которых нитробензол алкилируется в смеси этанола и серной кислоты, однако реакция обладает низкими выходами и имеет лишь академическую ценность.
Нуклеофильное замещение
При нагревании нитробензола с твердым гидроксидом калия образуется о-нитрофенол с низким выходом. Выход о-нитробензола не может быть выше 50% от теоретического, так как данная реакция представляет собой диспропорционирование нитробензола.
Реакция нитробензола с магнийорганическими соединениями приводит к образованию смеси орто- и пара-алкилнитрозобензолов в соотношении ~2:1.
Восстановление Бо́льшая часть (~95%) производимого нитробензола используется в качестве сырья для синтеза анилина.Реакция восстановления нитробензола в анилин под действием сульфида аммония была открыта Н. Н. Зинином ещё в 1842 году. Однако в настоящее время для производства анилина из нитробензола применяется гидрирование в присутствии катализаторов (Cu/SiO2 или Pd/Al2O3). Выход анилина при каталитическом гидрировании составляет >98 %. К продуктами частичного восстановления нитробензола можно отнести следующие вещества:
+#ВосстановительПродуктКомментарий1Zn – NH4Cl(р-р)N-фенилгидроксиламинПод действием кислот перегруппировывается в 4-аминофенол2Na3AsO3Азоксибензол3Zn – NaOH(р-р)АзобензолГидразобензолПод действием кислот гидразобензол перегруппировывается в бензидин4LiAlH4Азобензол5Na2S2O3 – Na3PO4Фенилсульфаминовая кислота
Применение Исходное сырьё в производстве анилина, ароматических азотсодержащих соединений (бензидин, хинолин, азобензол), растворитель эфиров целлюлозы, компонент полировальных составов для металлов. Применяется как растворитель и мягкий окислитель.
Производные нитробензола используются в качестве взрывчатых веществ и как компоненты ракетных топлив. В парфюмерии — в качестве душистых или фиксирующих запах веществ, в том числе — искусственных мускусов. Сам нитробензол ранее выпускали под названием «горько-миндального» или «мирабанового» масла. Некоторые производные нитробензола используются в составе лаков и красок. Некоторые применяются в медицинеШабаров Ю. С. «Органическая химия», М.:Химия, 2002, стр. 848. ISBN 5-7245-1218-1, стр. 715—725Горленко В. А. и др. «Органическая химия», М.:Мастерство, 2003, стр. 624. ISBN 5-294-00176-4, стр. 397—403.
Биологическая роль и токсичность Нитробензол токсичен: относится ко второму классу опасности и в больших концентрациях может вызывать гемолиз. Впитывается через кожу, оказывает сильное действие на ЦНС, нарушает обмен веществ, вызывает заболевания печени, окисляет гемоглобин в метгемоглобин.
ПДК в рабочей зоне — 1 мг/м³, ЛД50 — 120 мг/кг на крысах.
См. также 4-Нитрохлорбензол 2-Нитрохлорбензол Метгемоглобинообразователи 3-Нитрохлорбензол Высокотоксичные вещества Нитросоединения
Примечания
Литература
Ссылки International Chemical Safety Card 0065 NIOSH Pocket Guide to Chemical Hazards IARC Monograph: «Nitrobenzene» US EPA factsheet Механизм восстановления нитробензола цинком в щелочной среде и железом в соляной кислоте (реакция Бешама)
Категория:Нитробензолы Категория:Растворители Категория:Канцерогены группы IARC 2B Категория:Продукция основного органического синтеза Категория:Нитросоединения Категория:Окислители Категория:Метгемоглобинообразователи