¿Qué es el nitrobenceno? Este es un compuesto orgánico que es un núcleo aromático y un grupo nitro unido a él. En apariencia, dependiendo de la temperatura, son cristales de color amarillo brillante o un líquido aceitoso. Tiene un aroma a almendras. Tóxico.
Fórmula estructural del nitrobenceno
El grupo nitro es un aceptor de densidad de electrones muy fuerte. Por lo tanto, la molécula de nitrobenceno tiene un efecto inductivo negativo y mesomérico negativo. El grupo nitro atrae con bastante fuerza la densidad electrónica del núcleo aromático, desactivándolo. Los reactivos electrofílicos ya no son atraídos por el núcleo con tanta fuerza y, por lo tanto, el nitrobenceno no participa tan activamente en tales reacciones. Para agregar directamente otro grupo nitro al nitrobenceno, se necesitan condiciones muy duras, mucho más estrictas que en la síntesis de mononitrobenceno. Lo mismo se aplica a los halógenos, grupos sulfo, etc.
De la fórmula estructural del nitrobenceno se puede ver que un enlace del nitrógeno con el oxígeno es simple y el otro es doble. Pero, de hecho, debido al efecto mesomérico, ambos son equivalentes y tienen la misma longitud de 0,123 nm.
Obtención de nitrobenceno en la industria
El nitrobenceno es un intermediario importante en la síntesis de muchas sustancias. Por lo tanto, se produce a escala industrial. La principal forma de obtener nitrobenceno es la nitración del benceno. Por lo general, se usa una mezcla de nitración (una mezcla de ácido nítrico y sulfúrico concentrado) para esto. La reacción se lleva a cabo durante 45 minutos a una temperatura de aproximadamente 50 °C. El rendimiento de nitrobenceno es del 98%. Es por eso que este método se utiliza principalmente en la industria. Para su implementación, existen instalaciones especiales tanto de tipo periódico como continuo. En 1995, la producción de nitrobenceno en EE. UU. fue de 748 000 toneladas por año.
La nitración del benceno también se puede realizar simplemente con ácido nítrico concentrado, pero en este caso el rendimiento del producto será menor.
Obtención de nitrobenceno en el laboratorio
Hay otra forma de obtener nitrobenceno. La anilina (aminobenceno) se utiliza aquí como materia prima, que se oxida con compuestos peroxi. Debido a esto, el grupo amino es reemplazado por un grupo nitro. Pero durante esta reacción se forman varios subproductos, lo que impide el uso eficaz de este método en la industria. Además, el nitrobenceno se utiliza principalmente para la síntesis de anilina, por lo que no tiene sentido utilizar anilina para la producción de nitrobenceno.
Propiedades físicas
A temperatura ambiente, el nitrobenceno es un líquido aceitoso incoloro con olor a almendras amargas. A una temperatura de 5,8 °C,se endurece en cristales amarillos. El nitrobenceno hierve a 211 °C y se enciende espontáneamente a 482 °C. Esta sustancia, casi como cualquier compuesto aromático, es insoluble en agua, pero es muy soluble en compuestos orgánicos, especialmente en benceno. También se puede destilar al vapor.
Sustitución electrofílica
Para el nitrobenceno, como para cualquier areno, las reacciones de sustitución electrofílica en el núcleo son características, aunque son algo difíciles en comparación con el benceno debido a la influencia del grupo nitro. Entonces, el dinitrobenceno se puede obtener a partir del nitrobenceno mediante una nitración adicional con una mezcla de ácidos nítrico y sulfúrico a una temperatura elevada. El producto resultante consistirá predominantemente (93%) en meta-dinitrobenceno. Incluso es posible obtener trinitrobenceno de forma directa. Pero para esto es necesario usar condiciones aún más estrictas, así como trifluoruro de boro.
De la misma manera, el nitrobenceno se puede sulfonar. Para hacer esto, use un agente sulfurante muy fuerte: oleum (solución de óxido de azufre VI en ácido sulfúrico). La temperatura de la mezcla de reacción debe ser de al menos 80 °C. Otra reacción de sustitución electrofílica es la halogenación directa. Los ácidos de Lewis fuertes (cloruro de aluminio, trifluoruro de boro, etc.) y temperaturas elevadas se utilizan como catalizadores.
Sustitución nucleófila
Como puede verse en la fórmula estructural, el nitrobenceno puede reaccionar con compuestos fuertes donantes de electrones. Este esposiblemente debido a la influencia del grupo nitro. Un ejemplo de tal reacción es la interacción con hidróxidos concentrados o sólidos de metales alcalinos. Pero esta reacción no forma nitrobenceno de sodio. La fórmula química del nitrobenceno sugiere más bien la adición de un grupo hidroxilo al núcleo, es decir, la formación de nitrofenol. Pero esto sucede solo en condiciones bastante duras.
Una reacción similar ocurre con los compuestos de organomagnesio. El radical hidrocarburo está unido al núcleo en posición orto o para al grupo nitro. Un proceso secundario en este caso es la reducción del grupo nitro al grupo amino. Las reacciones de sustitución nucleófila son más fáciles si hay varios grupos nitro, ya que atraerán la densidad electrónica del núcleo con más fuerza.
Reacción de recuperación
Como saben, los compuestos nitro pueden reducirse a aminas. El nitrobenceno no es una excepción, cuya fórmula sugiere la posibilidad de esta reacción. A menudo se utiliza en la industria para la síntesis de anilina.
Pero el nitrobenceno puede proporcionar muchos otros productos de recuperación. La mayoría de las veces, la reducción con hidrógeno atómico se usa en el momento de su liberación, es decir, se lleva a cabo una reacción ácido-metal en la mezcla de reacción y el hidrógeno liberado reacciona con el nitrobenceno. Por lo general, esta interacción produce anilina.
Si el nitrobenceno se trata con polvo de zinc en una solución de cloruro de amonio, el producto de reacción será N-fenilhidroxilamina. Este compuesto se puede reducir con bastante facilidad a anilina de la manera estándar, o se puede volver a oxidar a nitrobenceno con un agente oxidante fuerte.
La reducción también puede realizarse en fase gaseosa con hidrógeno molecular en presencia de platino, paladio o níquel. En este caso, también se obtiene anilina, pero existe la posibilidad de reducción del propio anillo de benceno, lo que a menudo no es deseable. A veces también se utiliza un catalizador como el níquel Raney. Es níquel poroso, saturado con hidrógeno y que contiene un 15 % de aluminio.
Cuando el nitrobenceno se reduce con alcoholatos de potasio o sodio, se forma azoxibenceno. Si usa agentes reductores más fuertes en un ambiente alcalino, obtiene azobenceno. Esta reacción también es bastante importante, ya que con su ayuda se sintetizan algunos tintes. El azobenceno se puede someter a una mayor reducción en un medio alcalino para formar hidrazobenceno.
Inicialmente, la reducción de nitrobenceno se llevó a cabo con sulfuro de amonio. Este método fue propuesto en 1842 por N. N. Zinin, por lo que la reacción lleva su nombre. Pero por el momento rara vez se usa en la práctica debido al bajo rendimiento.
Solicitud
El nitrobenceno en sí mismo se usa muy raramente, solo como un solvente selectivo (por ejemplo, para éteres de celulosa) o un agente oxidante suave. A veces se agrega a las soluciones para pulir metales.
Casi todo el nitrobenceno producido se utiliza para la síntesis de otras sustancias útiles (por ejemplo, anilina), que, a su vez,utilizado para la síntesis de drogas, colorantes, polímeros, explosivos, etc.
Peligro
Debido a sus propiedades físicas y químicas, el nitrobenceno es un compuesto muy peligroso. Tiene un nivel de peligro para la salud tres de cuatro según NFPA 704. Además de ser inhalado oa través de las membranas mucosas, también se absorbe a través de la piel. Cuando se envenena con una gran concentración de nitrobenceno, una persona puede perder el conocimiento y morir. A bajas concentraciones, los síntomas de intoxicación incluyen malestar general, mareos, tinnitus, náuseas y vómitos. Una característica del envenenamiento por nitrobenceno es la alta tasa de infección. Los síntomas aparecen muy rápidamente: se alteran los reflejos, la sangre se vuelve de color marrón oscuro debido a la formación de metahemoglobina en ella. A veces puede haber erupciones en la piel. La concentración suficiente para su administración es muy baja, aunque no existen datos exactos sobre la dosis letal. A menudo se encuentra información en la literatura especializada de que 1-2 gotas de nitrobenceno son suficientes para matar a una persona.
Tratamiento
En caso de intoxicación por nitrobenceno, se debe retirar inmediatamente a la víctima del área tóxica y quitarle la ropa contaminada. El cuerpo se lava con agua jabonosa tibia para eliminar el nitrobenceno de la piel. Cada 15 minutos, la víctima es inhalada con carbogen. Para intoxicaciones leves, se debe tomar cistamina, piridoxina o ácido lipoico. En casos más severos, se recomienda azul de metileno o cromosmón por vía intravenosa. Enenvenenamiento con nitrobeznol por la boca, es necesario inducir inmediatamente el vómito y enjuagar el estómago con agua tibia. Está contraindicado tomar cualquier tipo de grasa, incluida la leche.
