O que é nitrobenzeno? Este é um composto orgânico que é um núcleo aromático e um grupo nitro ligado a ele. Na aparência, dependendo da temperatura, são cristais amarelos brilhantes ou um líquido oleoso. Possui aroma de amêndoa. Tóxico.
Fórmula estrutural do nitrobenzeno
O grupo nitro é um aceptor de densidade eletrônica muito forte. Portanto, a molécula de nitrobenzeno tem um efeito indutivo negativo e mesomérico negativo. O grupo nitro atrai fortemente a densidade eletrônica do núcleo aromático, desativando-o. Os reagentes eletrofílicos não são mais atraídos pelo núcleo com tanta força e, portanto, o nitrobenzeno não está tão ativamente envolvido em tais reações. Para adicionar diretamente outro grupo nitro ao nitrobenzeno, são necessárias condições muito severas, muito mais rigorosas do que na síntese do mononitrobenzeno. O mesmo se aplica a halogênios, grupos sulfo, etc.
A partir da fórmula estrutural do nitrobenzeno, pode-se ver que uma ligação do nitrogênio com o oxigênio é simples e a outra é dupla. Mas, na verdade, devido ao efeito mesomérico, ambos são equivalentes e têm o mesmo comprimento de 0,123 nm.
Obtenção de nitrobenzeno na indústria
Nitrobenzeno é um importante intermediário na síntese de muitas substâncias. Portanto, é produzido em escala industrial. A principal forma de obtenção do nitrobenzeno é a nitração do benzeno. Normalmente, uma mistura de nitração (uma mistura de ácido sulfúrico e nítrico concentrado) é usada para isso. A reacção é realizada durante 45 minutos a uma temperatura de cerca de 50°C. O rendimento de nitrobenzeno é de 98%. É por isso que este método é usado principalmente na indústria. Para sua implementação, existem instalações especiais de tipos periódicos e contínuos. Em 1995, a produção de nitrobenzeno nos EUA foi de 748.000 toneladas por ano.
A nitração do benzeno também pode ser realizada simplesmente com ácido nítrico concentrado, mas neste caso o rendimento do produto será menor.
Obtenção de nitrobenzeno em laboratório
Existe outra maneira de obter nitrobenzeno. A anilina (aminobenzeno) é usada aqui como matéria-prima, que é oxidada com compostos de peróxido. Devido a isso, o grupo amino é substituído por um grupo nitro. Mas durante essa reação, vários subprodutos são formados, o que impede o uso efetivo desse método na indústria. Além disso, o nitrobenzeno é usado principalmente para a síntese de anilina, então não faz sentido usar anilina para a produção de nitrobenzeno.
Propriedades físicas
À temperatura ambiente, o nitrobenzeno é um líquido oleoso incolor com um odor amargo de amêndoa. A uma temperatura de 5,8°C,endurece em cristais amarelos. O nitrobenzeno entra em ebulição a 211°C e inflama-se espontaneamente a 482°C. Esta substância, quase como qualquer composto aromático, é insolúvel em água, mas é altamente solúvel em compostos orgânicos, especialmente em benzeno. Também pode ser destilado a vapor.
Substituição eletrofílica
Para o nitrobenzeno, como para qualquer areno, as reações de substituição eletrofílica no núcleo são características, embora sejam um pouco difíceis em comparação com o benzeno devido à influência do grupo nitro. Assim, o dinitrobenzeno pode ser obtido a partir do nitrobenzeno por nitração adicional com uma mistura de ácidos nítrico e sulfúrico a uma temperatura elevada. O produto resultante consistirá predominantemente (93%) em meta-dinitrobenzeno. É ainda possível obter trinitrobenzeno de forma direta. Mas para isso é necessário usar condições ainda mais rigorosas, assim como trifluoreto de boro.
Da mesma forma, o nitrobenzeno pode ser sulfonado. Para fazer isso, use um agente sulfuroso muito forte - oleum (solução de óxido de enxofre VI em ácido sulfúrico). A temperatura da mistura de reação deve ser de pelo menos 80°C. Outra reação de substituição eletrofílica é a halogenação direta. Ácidos de Lewis fortes (cloreto de alumínio, trifluoreto de boro, etc.) e temperaturas elevadas são usados como catalisadores.
Substituição nucleofílica
Como pode ser visto pela fórmula estrutural, o nitrobenzeno pode reagir com compostos fortes doadores de elétrons. Isso épossivelmente devido à influência do grupo nitro. Um exemplo de tal reação é a interação com hidróxidos concentrados ou sólidos de metais alcalinos. Mas esta reação não forma nitrobenzeno de sódio. A fórmula química do nitrobenzeno sugere a adição de um grupo hidroxila ao núcleo, ou seja, a formação de nitrofenol. Mas isso acontece apenas sob condições bastante severas.
Uma reação semelhante ocorre com compostos de organomagnésio. O radical hidrocarboneto está ligado ao núcleo na posição orto ou para ao grupo nitro. Um processo secundário neste caso é a redução do grupo nitro ao grupo amino. As reações de substituição nucleofílica são mais fáceis se houver vários grupos nitro, pois eles puxarão a densidade eletrônica do núcleo ainda mais fortemente.
Reação de recuperação
Como você sabe, compostos nitro podem ser reduzidos a aminas. O nitrobenzeno não é exceção, cuja fórmula sugere a possibilidade dessa reação. É frequentemente usado na indústria para a síntese de anilina.
Mas o nitrobenzeno pode dar muitos outros produtos de recuperação. Na maioria das vezes, a redução com hidrogênio atômico é usada no momento de sua liberação, ou seja, uma reação ácido-metal é realizada na mistura de reação e o hidrogênio liberado reage com nitrobenzeno. Normalmente, essa interação produz anilina.
Se o nitrobenzeno for tratado com pó de zinco em uma solução de cloreto de amônio, o produto da reação será N-fenilhidroxilamina. Este composto pode ser facilmente reduzido a anilina da maneira padrão, ou oxidado de volta a nitrobenzeno com um forte agente oxidante.
A redução também pode ser realizada na fase gasosa com hidrogênio molecular na presença de platina, paládio ou níquel. Nesse caso, também é obtida anilina, mas existe a possibilidade de redução do próprio anel benzênico, o que muitas vezes é indesejável. Às vezes, um catalisador como o níquel Raney também é usado. É níquel poroso, saturado com hidrogênio e contendo 15% de alumínio.
Quando o nitrobenzeno é reduzido por alcoolatos de potássio ou sódio, o azoxibenzeno é formado. Se você usar agentes redutores mais fortes em um ambiente alcalino, obterá azobenzeno. Essa reação também é bastante importante, pois alguns corantes são sintetizados com sua ajuda. O azobenzeno pode ser submetido a uma redução adicional em meio alcalino para formar hidrazobenzeno.
Inicialmente, a redução do nitrobenzeno foi realizada com sulfeto de amônio. Este método foi proposto em 1842 por N. N. Zinin, então a reação leva seu nome. Mas no momento raramente é usado na prática devido ao baixo rendimento.
Aplicativo
Nitrobenzeno em si é usado muito raramente, apenas como um solvente seletivo (por exemplo, para éteres de celulose) ou um agente oxidante suave. Às vezes é adicionado a soluções de polimento de metal.
Quase todo nitrobenzeno produzido é usado para a síntese de outras substâncias úteis (por exemplo, anilina), que, por sua vez,usado para a síntese de drogas, corantes, polímeros, explosivos, etc.
Perigo
Devido às suas propriedades físicas e químicas, o nitrobenzeno é um composto muito perigoso. Tem um nível de perigo para a saúde três em quatro sob a NFPA 704. Além de ser inalado ou através das membranas mucosas, também é absorvido pela pele. Quando envenenado por uma grande concentração de nitrobenzeno, uma pessoa pode perder a consciência e morrer. Em baixas concentrações, os sintomas de envenenamento incluem mal-estar, tontura, zumbido, náusea e vômito. Uma característica do envenenamento por nitrobenzeno é a alta taxa de infecção. Os sintomas aparecem muito rapidamente: os reflexos são perturbados, o sangue fica marrom escuro devido à formação de metemoglobina nele. Às vezes, pode haver erupções cutâneas na pele. A concentração suficiente para administração é muito baixa, embora não haja dados exatos sobre a dose letal. A informação é frequentemente encontrada na literatura especializada de que 1-2 gotas de nitrobenzeno são suficientes para matar uma pessoa.
Tratamento
Em caso de envenenamento por nitrobenzeno, a vítima deve ser imediatamente removida da área tóxica e livre de roupas contaminadas. O corpo é lavado com água morna e sabão para remover o nitrobenzeno da pele. A cada 15 minutos, a vítima é inalada com carbogênio. Para envenenamento leve, deve-se tomar cistamina, piridoxina ou ácido lipóico. Em casos mais graves, recomenda-se azul de metileno intravenoso ou cromosmon. Noenvenenamento com nitrobeznol pela boca, é necessário induzir imediatamente o vômito e enxaguar o estômago com água morna. É contraindicado ingerir qualquer gordura, inclusive leite.
