Неорганическая
Органическая
Коллоидная
Биологическая
Биохимия
Токсикологическая
Экологическая
Химическая энциклопедия
Советская энциклопедия
Справочник по веществам
Гетероциклы
Теплотехника
Углеводы
Квантовая химия
Моделирование ХТС
Номенклатура
Таблица Менделеева
Неорганические реакции
Органические реакции
Молярные массы
Форматирование формул
Редактор формул
Уравнивание реакций
Электронное строение атомов
Игра «Таблица Менделеева»
Термодинамические свойства
Конвертер величин
Гальванопара
Форум
Лекарства
Фармацевтика
Термины биохимии
Коды загрязняющих веществ
Стандартизация
Каталог предприятий


НИТРОВАНИЕ

НИТРОВАНИЕ, введение нитрогруппы —NO2 в молекулы орг. соединений. Может проходить по электроф., нуклеоф. и радикальному механизмам; активные частицы в этих р-циях-соотв. катион нитрония NO2, нитрит-ион NO2 и радикал NO2. Нитрование может осуществляться по атомам С, N, О замещением атома водорода (прямое нитрование) или др. функц. групп (заместительное нитрование) либо в результате присоединения группы NO2 по кратной связи.

Электрофильное нитрование. Среди электроф. нитрующих агентов доминирующее положение занимает HNO3. Безводная и конц. HNO3 способны к самопротонированию: 2HNO33053-18.jpg23]+ + NO3- 3053-19.jpg2+ + NO-3 + H2O. Присутствие воды снижает концентрацию NO+2 и в 93- 95%-ной HNO3 спектрофотометрически он уже не обнаруживается. Для увеличения нитрующей активности HNO3 используют ее смеси с H2SO4 или олеумом, к-рые генерируют NO2, связывая воду:

3053-20.jpg

В безводной H2SO4 при содержании HNO3 меньше 10% равновесие полностью сдвинуто вправо. Применяют также комбинации HNO3, разл. оксидов азота и орг. нитратов с к-тами Льюиса (АlСl3, ZnCl2, BF3 и др.); сильным нитрующим действием обладает смесь HNO3 с (СН3СО)2О благодаря образованию ацетилнитрата и N2O5 (последний при содержании в смеси более 90% HNO3 полностью диссоциирует на NO+2 и NO-3); перспективны также смеси HNO3 с безводным SO3 или N2O5. Вместо HNO3 можно применять ее соли, однако в пром-сти такой метод не используют из-за осложнения процесса регенерации отработанных к-т. В случае слабой взаимной р-римости нитрующего агента и субстрата, а также для уменьшения побочных процессов нитрование проводят в орг. р-рителях, напр. нитрометане, сульфолане, уксусной к-те; полярные р-рители способствуют диссоциации [H2NO3]+ и тем самым увеличивают концентрацию NO2.

В лаб. практике широко используют апротонные нитрующие агенты (нитраты, соли нитрония, полинитросоед. и др.), активность к-рых в р-циях электрофильного нитрования увеличивается в ряду: AlkONO2 < (CH3)2C(CN)ONO2 < < RC(N02)3 3053-21.jpg RN(N02)2 < NO2F < CH3COONO2 < < N2O5 < NO2+X-.

Субстратами для электрофильного нитрования служат ароматич. и гетероциклич. соед., олефины, относительно сильные СН-кислоты, амины, спирты.

Нитрование ароматич. соед. протекает по схеме:

3053-22.jpg

Возможно также образование s-комплекса, в к-ром группа NO2 связана с атомом углерода кольца, несущим заместитель (ипсо-атака). Соед. с электронодопорными заместителями более реакционноспособны и нитруются в орто- и пара-положения, а с электроноакцепторными - в мета-поло-жение. В пром-сти для нитрования ароматич. соед. применяют в осн. смесь HNO3 и H2SO4 (выход нитропродуктов ~ 90-95%). Основная побочная р-ция - окисление, приводящее, как правило, к деструкции ароматич. кольца. В зависимости от реакц. способности субстрата условия нитрования варьируют в широких пределах-от водной HNO3 при 0°С (обязательно присутствие оксидов азота) до дымящей HNO3 в олеуме при повыш. т-рах. При низких т-рах с высокой скоростью протекает нитрование ароматич. соед. солями нитрония; при этом часто лимитирующая стадия-скорость растворения соли нитрония. Используют также заместительное нитрование-замещение сульфо-, диазо- и др. функц. групп. Этим приемом пользуются, в частности, в случаях, когда невозможно прямое нитрование. Нитрование олефинов апротонными нитрующими агентами в зависимости от условий и строения реагентов может идти по разным направлениям, включая отщепление Н+, присоединение элементов р-рителя и противоиона, полимеризацию и др., напр.:

3053-23.jpg

При нитровании олефинов тетранитрометаном в зависимости от строения олефина образуются либо алифатич. полинитро-соед., либо производные изоксазолидина, напр.:

3053-24.jpg

Нек-рые СН-кислоты при нитровании образуют анионы соответствующих нитросоед.; напр., при действии на флуорен этил-нитрата в присут. С,Н5ОК образуется К-соль 9-нитро-флуорена, примером нитрования карбанионов может служить также превращ. солей моно- и динитросоед. соотв. в геминальные ди- и тринитропроизводные при действии FNO2.

Соед. с активир. метиленовой группой можно нитровать и в кислых условиях; напр., при обработке диэтилмалоната HNO3 образуется нитродиэтилмалонат, нитрование в аналогичных условиях 1,3-индандиона с послед. щелочным гидролизом образующегося a-нитрокетона - удобный метод синтеза первичных нитроалканов:

3053-25.jpg

Электрофильное нитрование аминов в отличие от нитрования по атому С-обратимый процесс и протекает по схеме:

3053-26.jpg

Лимитирующая стадия р-ции-перегруппировка комплекса амина с NO2 в протонир. нитрамин.

В пром-сти нитрование аминов проводят кислыми нитрующими агентами (конц. HNO3 или ее смесями с H2SO4, уксусной к-той или ангидридом). Слабоосновные амины и амиды нитруются с высокими выходами. Высокоосновные амины (первичные и вторичные), протонир. форма к-рых не реагирует с NO2+, превращают либо в амиды, к-рые нитруют и затем снимают защитную ацильную группу щелочным гидролизом, либо в N-хлорамины; в последнем случае нитрование проводят в присут. катализаторов (НСl, ZnCl2).

Нитрование третичных аминов конц. HNO3 или ее смесью с уксусным ангидридом сопровождается разрывом связи С— N (такой тип нитрования наз. нитролизом). Эту р-цию широко используют в пром-сти ВВ, напр. для получения гексагена и октогена из уротропина. Жирно-ароматич. амины типа ArNHR часто нитруются в ядро, что происходит в результате непосредственного нитрования по атому С или перегруппировки N-нитропроизводного; при этом группа NO2 вступает в ортo-положение к аминной функции. В ряде случаев нитрование по атому N проводят через стадию образования соли. Для этого амин обрабатывают разб. HNO3 и на образовавшийся нитрат действуют конц. HNO3 или уксусным ангидридом:

3053-27.jpg

В лаб. условиях заместительное нитрование ацетамидов, сульфамидов, уретанов, имидов или их солей проводят в апротон-ной среде апротонными нитрующими агентами, напр. солями нитрония:

3053-28.jpg

Из первичных аминов можно синтезировать N,N-дини-троамины, к-рые, в свою очередь, являются нитрующими агентами.

Спирты нитруют любыми нитрующими агентами, содержащими NO+2 (в кислых средах р-ция обратима), напр.: RCH2OH + NO2+X- 3053-29.jpgRCH2ONO2 + НХ.

Нуклеофильное нитрование осуществляют солями HNO2:

3053-30.jpg

В р-цию вступают алкилгалогениды, в осн. бромиды и иодиды (см. Мейера реакция), a-галогенкарбоновые к-ты и их эфиры, алкилсульфаты. В качестве нитрующих агентов используют нитриты щелочных металлов в апротонных диполярных р-рителях или проводят нитрование в присут. краун-эфиров. Побочные продукты р-ции-орг. нитриты, что связано с двойственной реакц. способностью NO-2. Р-цию используют для получения алифатич. нитросоединений.

Радикальное нитрование характерно в осн. для парафинов и олефинов. Источником NO.2 служат HNO.3 и оксиды азота. Нитрование парафинов проводят разб. HNO3 под давлением при повыш. т-ре (Коновалова реакция). Р-ция нитрования протекает по схеме:

3053-31.jpg

Наряду с нитрованием идет также процесс окисления, связанный с взаимод. NO.2 с орг. радикалом по атому кислорода. Наиб. легко протекает нитрование по третичным атомам углерода, трудно-по первичным. В пром-сти нитропарафины получают жидкофазным и парофазным нитрованием смеси парафинов. Жидко-фазное нитрование проводят HNO3 при норм. или повыш. давлении и т-ре выше 180°С, или оксидами азота при давлении 2-4,5 МПа, 150-220 °С, время контакта ~15 с. В этих условиях линейные углеводороды нитруются быстрее, чем их разветвленные изомеры. Парофазное нитрование (метод Хэсса) осуществляют HNO3 при давлении 0,7-1,0 МПа, 400-500 °С, время контакта ~ 1 с. Побочные процессы-деструкция углеводородной цепи и окисление. Эти методы используют также для нитрования алифатич. боковых цепей жирно-ароматич. соед. (р-цию проводят в присут. катализаторов2, О3, галогенов и др.),

Нитрование непредельных соед. HNO3 приводит к формальному замещению атома водорода у sp2-гибридизованного атома углерода на группу NO2. Условия нитрования зависят от строения непредельных соединений. Обычно применяют 70-80%-ную HNO3 или разб. HNO3 в присут. оксидов азота.

Для нитрования алкенов, циклоалкенов, диалкил- и диарилацети-ленов можно использовать N2O4, последний присоединяется по двойной связи, образуя вицинальные динитросоед., b-нитронитриты и b-нитронитраты, к-рые обычно легко отщепляют HNO2 или HNO3, давая непредельное нитро-соединение. Р-ция с ацетиленами приводит к смеси вици-нальных цис- и транc-динитросоед. наряду с продуктами окисления и деструкции.

По анион-радикальному механизму проходит нитрование тетра-нитрометаном солей мононитросоед. в гем-динитроалканы, а также синтез последних из a-галогеннитроалканов при действии нитритов в щелочной среде (р-ция Тер Меера):

3054-1.jpg

Р-ция нитрования известна в орг. химии с 1834 (синтез нитробензола нитрованием бензола азотной к-той, Э. Мичерлих). С сер. 19 в. она используется в пром-сти в связи с открытием Н. Н. Зининым восстановления нитробензола в анилин (см. Зинина реакция). Нитрование-наиб. удобный метод образования связей С—N и N—N в молекулах орг. соед., широко используется в орг. синтезе. По р-ции нитрования в мире производится ~ 1 млн. т разл. нитропродуктов (гл. обр. в ряду ароматич. соед.).

Лит. см. при ст. Нитросоединения. В. А. Тартакоеский.



     © ХиМиК.ру




Реклама   Обратная связь   Дизайн