Was ist Nitrobenzol? Dies ist eine organische Verbindung, die aus einem aromatischen Kern und einer daran gebundenen Nitrogruppe besteht. Je nach Temperatur sind sie hellgelbe Kristalle oder eine ölige Flüssigkeit. Hat einen Mandelduft. Giftig.
Strukturformel von Nitrobenzol
Die Nitrogruppe ist ein sehr starker Elektronendichteakzeptor. Daher hat das Nitrobenzolmolekül einen negativen induktiven und negativen mesomeren Effekt. Die Nitrogruppe zieht die Elektronendichte des aromatischen Kerns ziemlich stark an und deaktiviert ihn. Elektrophile Reagenzien werden nicht mehr so stark vom Kern angezogen, weshalb Nitrobenzol an solchen Reaktionen nicht mehr so aktiv beteiligt ist. Um Nitrobenzol direkt eine weitere Nitrogruppe hinzuzufügen, sind sehr harsche Bedingungen erforderlich, viel stringenter als bei der Synthese von Mononitrobenzol. Gleiches gilt für Halogene, Sulfogruppen etc.
Aus der Strukturformel von Nitrobenzol ist ersichtlich, dass eine Bindung von Stickstoff mit Sauerstoff einfach und die andere doppelt ist. Aufgrund des mesomeren Effekts sind beide jedoch gleichwertig und haben die gleiche Länge von 0,123 nm.
Gewinnung von Nitrobenzol in der Industrie
Nitrobenzol ist ein wichtiges Zwischenprodukt bei der Synthese vieler Substanzen. Daher wird es im industriellen Maßstab hergestellt. Der Hauptweg zur Gewinnung von Nitrobenzol ist die Nitrierung von Benzol. Üblicherweise wird hierfür ein Nitriergemisch (ein Gemisch aus konzentrierter Schwefel- und Salpetersäure) verwendet. Die Reaktion wird 45 Minuten lang bei einer Temperatur von etwa 50°C durchgeführt. Die Ausbeute an Nitrobenzol beträgt 98 %. Deshalb wird dieses Verfahren hauptsächlich in der Industrie eingesetzt. Für seine Implementierung gibt es spezielle Installationen sowohl periodischer als auch kontinuierlicher Art. 1995 betrug die Nitrobenzolproduktion in den USA 748.000 Tonnen pro Jahr.
Die Nitrierung von Benzol kann auch einfach mit konzentrierter Salpetersäure durchgeführt werden, allerdings ist dann die Produktausbeute geringer.
Gewinnung von Nitrobenzol im Labor
Es gibt einen anderen Weg, um an Nitrobenzol zu kommen. Als Rohstoff wird hier Anilin (Aminobenzol) verwendet, das mit Perverbindungen oxidiert wird. Dadurch wird die Aminogruppe durch eine Nitrogruppe ersetzt. Aber während dieser Reaktion werden mehrere Nebenprodukte gebildet, was den effektiven Einsatz dieses Verfahrens in der Industrie verhindert. Außerdem wird Nitrobenzol hauptsächlich für die Synthese von Anilin verwendet, daher macht es keinen Sinn, Anilin für die Herstellung von Nitrobenzol zu verwenden.
Physikalische Eigenschaften
Nitrobenzol ist bei Raumtemperatur eine farblose ölige Flüssigkeit mit Bittermandelgeruch. Bei einer Temperatur von 5,8 °C ist eshärtet zu gelben Kristallen aus. Nitrobenzol siedet bei 211 °C und entzündet sich spontan bei 482 °C. Diese Substanz ist, fast wie jede aromatische Verbindung, in Wasser unlöslich, aber in organischen Verbindungen, insbesondere in Benzol, sehr gut löslich. Es kann auch dampfdestilliert werden.
Elektrophile Substitution
Für Nitrobenzol, wie für jedes Aren, sind Reaktionen der elektrophilen Substitution in den Kern charakteristisch, obwohl sie aufgrund des Einflusses der Nitrogruppe im Vergleich zu Benzol etwas schwierig sind. So kann aus Nitrobenzol durch weitere Nitrierung mit einem Gemisch aus Salpeter- und Schwefelsäure bei erhöhter Temperatur Dinitrobenzol gewonnen werden. Das resultierende Produkt wird überwiegend (93 %) aus meta-Dinitrobenzol bestehen. Es ist sogar möglich, Trinitrobenzol auf direktem Weg zu erh alten. Dafür sind jedoch noch strengere Bedingungen sowie Bortrifluorid erforderlich.
In gleicher Weise kann Nitrobenzol sulfoniert werden. Verwenden Sie dazu ein sehr starkes Schwefelungsmittel - Oleum (Lösung von Schwefeloxid VI in Schwefelsäure). Die Temperatur der Reaktionsmischung muss mindestens 80 °C betragen. Eine weitere elektrophile Substitutionsreaktion ist die direkte Halogenierung. Als Katalysatoren werden starke Lewis-Säuren (Aluminiumchlorid, Bortrifluorid etc.) und erhöhte Temperaturen verwendet.
Nucleophile Substitution
Wie aus der Strukturformel ersichtlich, kann Nitrobenzol mit starken Elektronendonorverbindungen reagieren. Dasmöglicherweise aufgrund des Einflusses der Nitrogruppe. Ein Beispiel für eine solche Reaktion ist die Wechselwirkung mit konzentrierten oder festen Hydroxiden von Alkalimetallen. Aber diese Reaktion bildet kein Natriumnitrobenzol. Die chemische Formel von Nitrobenzol deutet eher auf die Addition einer Hydroxylgruppe an den Kern, also die Bildung von Nitrophenol, hin. Dies geschieht jedoch nur unter ziemlich harten Bedingungen.
Eine ähnliche Reaktion tritt bei Organomagnesiumverbindungen auf. Der Kohlenwasserstoffrest ist in ortho- oder para-Stellung zur Nitrogruppe an den Kern gebunden. Ein Nebenprozess ist dabei die Reduktion der Nitrogruppe zur Aminogruppe. Nucleophile Substitutionsreaktionen sind einfacher, wenn mehrere Nitrogruppen vorhanden sind, da sie die Elektronendichte des Kerns noch stärker ziehen.
Erholungsreaktion
Wie Sie wissen, können Nitroverbindungen zu Aminen reduziert werden. Nitrobenzol ist keine Ausnahme, dessen Formel die Möglichkeit dieser Reaktion nahe legt. Es wird in der Industrie häufig zur Synthese von Anilin verwendet.
Aber Nitrobenzol kann viele andere Rückgewinnungsprodukte liefern. Am häufigsten wird zum Zeitpunkt seiner Freisetzung eine Reduktion mit atomarem Wasserstoff verwendet, d. h. es wird eine Säure-Metall-Reaktion in der Reaktionsmischung durchgeführt, und der freigesetzte Wasserstoff reagiert mit Nitrobenzol. Normalerweise produziert diese Wechselwirkung Anilin.
Wenn Nitrobenzol mit Zinkstaub in einer Ammoniumchloridlösung behandelt wird, ist das Reaktionsprodukt N-Phenylhydroxylamin. Diese Verbindung kann ganz einfach auf übliche Weise zu Anilin reduziert oder mit einem starken Oxidationsmittel zu Nitrobenzol zurückoxidiert werden.
Die Reduktion kann auch in der Gasphase mit molekularem Wasserstoff in Gegenwart von Platin, Palladium oder Nickel durchgeführt werden. In diesem Fall wird auch Anilin erh alten, aber es besteht die Möglichkeit einer Reduktion des Benzolrings selbst, was oft unerwünscht ist. Manchmal wird auch ein Katalysator wie Raney-Nickel verwendet. Es ist poröses Nickel, mit Wasserstoff gesättigt und enthält 15 % Aluminium.
Bei der Reduktion von Nitrobenzol mit Kalium- oder Natriumalkoholaten entsteht Azoxybenzol. Setzt man im alkalischen Milieu stärkere Reduktionsmittel ein, erhält man Azobenzol. Diese Reaktion ist auch ziemlich wichtig, da einige Farbstoffe mit ihrer Hilfe synthetisiert werden. Azobenzol kann in alkalischem Medium weiter zu Hydrazobenzol reduziert werden.
Zunächst wurde die Reduktion von Nitrobenzol mit Ammoniumsulfid durchgeführt. Diese Methode wurde 1842 von N. N. Zinin vorgeschlagen, daher trägt die Reaktion seinen Namen. Aufgrund der geringen Ausbeute wird es aber derzeit in der Praxis kaum eingesetzt.
Bewerbung
Nitrobenzol selbst wird sehr selten verwendet, nur als selektives Lösungsmittel (z. B. für Celluloseether) oder als mildes Oxidationsmittel. Es wird manchmal Metallpolierlösungen zugesetzt.
Fast das gesamte produzierte Nitrobenzol wird für die Synthese anderer nützlicher Substanzen (z. B. Anilin) verwendet, die wiederumverwendet für die Synthese von Medikamenten, Farbstoffen, Polymeren, Sprengstoffen usw.
Gefahr
Nitrobenzol ist aufgrund seiner physikalischen und chemischen Eigenschaften eine sehr gefährliche Verbindung. Es hat die Gesundheitsgefährdungsstufe drei von vier gemäß NFPA 704. Es wird nicht nur eingeatmet oder über Schleimhäute, sondern auch über die Haut aufgenommen. Wenn eine Person durch eine große Konzentration von Nitrobenzol vergiftet wird, kann sie das Bewusstsein verlieren und sterben. Bei niedrigen Konzentrationen sind Vergiftungssymptome Unwohlsein, Schwindel, Ohrensausen, Übelkeit und Erbrechen. Ein Merkmal der Nitrobenzolvergiftung ist die hohe Infektionsrate. Die Symptome treten sehr schnell auf: Reflexe sind gestört, das Blut wird durch die Bildung von Methämoglobin dunkelbraun. Manchmal kann es zu Ausschlägen auf der Haut kommen. Die zur Verabreichung ausreichende Konzentration ist sehr gering, obwohl es keine genauen Angaben zur tödlichen Dosis gibt. In der Fachliteratur findet sich häufig die Information, dass 1-2 Tropfen Nitrobenzol ausreichen, um einen Menschen zu töten.
Behandlung
Im Falle einer Nitrobenzolvergiftung muss das Opfer sofort aus dem Giftbereich entfernt und kontaminierte Kleidung abgelegt werden. Der Körper wird mit warmem Seifenwasser gewaschen, um Nitrobenzol von der Haut zu entfernen. Alle 15 Minuten wird dem Opfer Carbogen inhaliert. Bei leichten Vergiftungen sollten Cystamin, Pyridoxin oder Liponsäure eingenommen werden. In schwereren Fällen wird die intravenöse Gabe von Methylenblau oder Chromosmon empfohlen. BeimBei Vergiftung mit Nitrobeznol durch den Mund muss sofort Erbrechen herbeigeführt und der Magen mit warmem Wasser gespült werden. Die Einnahme von Fett, einschließlich Milch, ist kontraindiziert.
