Qu'est-ce que le nitrobenzène ? Il s'agit d'un composé organique constitué d'un noyau aromatique et d'un groupe nitro qui lui est attaché. En apparence, selon la température, ce sont des cristaux jaune vif ou un liquide huileux. A un parfum d'amande. Toxique.
Formule développée du nitrobenzène
Le groupe nitro est un accepteur de densité électronique très puissant. Par conséquent, la molécule de nitrobenzène a un effet mésomère négatif inductif et négatif. Le groupe nitro attire assez fortement la densité électronique du noyau aromatique, le désactivant. Les réactifs électrophiles ne sont plus aussi fortement attirés par le noyau et, par conséquent, le nitrobenzène n'est pas aussi activement impliqué dans de telles réactions. Afin d'ajouter directement un autre groupe nitro au nitrobenzène, des conditions très dures sont nécessaires, beaucoup plus strictes que dans la synthèse du mononitrobenzène. Il en va de même pour les halogènes, les groupes sulfo, etc.
D'après la formule structurelle du nitrobenzène, on peut voir qu'une liaison de l'azote avec l'oxygène est simple et que l'autre est double. Mais en fait, en raison de l'effet mésomère, ils sont tous les deux équivalents et ont la même longueur de 0,123 nm.
Obtenir du nitrobenzène dans l'industrie
Le nitrobenzène est un intermédiaire important dans la synthèse de nombreuses substances. Par conséquent, il est produit à l'échelle industrielle. Le principal moyen d'obtenir du nitrobenzène est la nitration du benzène. Habituellement, un mélange nitrant (un mélange d'acide sulfurique et nitrique concentré) est utilisé pour cela. La réaction est conduite pendant 45 minutes à une température d'environ 50°C. Le rendement en nitrobenzène est de 98 %. C'est pourquoi cette méthode est principalement utilisée dans l'industrie. Pour sa mise en œuvre, il existe des installations spéciales de type périodique et continu. En 1995, la production américaine de nitrobenzène était de 748 000 tonnes par an.
La nitration du benzène peut aussi être réalisée simplement avec de l'acide nitrique concentré, mais dans ce cas le rendement du produit sera plus faible.
Obtenir du nitrobenzène en laboratoire
Il existe un autre moyen d'obtenir du nitrobenzène. L'aniline (aminobenzène) est utilisée ici comme matière première, qui est oxydée avec des composés peroxy. De ce fait, le groupe amino est remplacé par un groupe nitro. Mais lors de cette réaction, plusieurs sous-produits se forment, ce qui empêche l'utilisation efficace de cette méthode dans l'industrie. De plus, le nitrobenzène est principalement utilisé pour la synthèse de l'aniline, il n'est donc pas logique d'utiliser l'aniline pour la production de nitrobenzène.
Propriétés physiques
À température ambiante, le nitrobenzène est un liquide huileux incolore à l'odeur d'amande amère. A une température de 5,8 °C, ildurcit en cristaux jaunes. Le nitrobenzène bout à 211°C et s'enflamme spontanément à 482°C. Cette substance, presque comme tout composé aromatique, est insoluble dans l'eau, mais elle est très soluble dans les composés organiques, en particulier dans le benzène. Il peut également être distillé à la vapeur.
Substitution électrophile
Pour le nitrobenzène, comme pour tout arène, les réactions de substitution électrophile dans le noyau sont caractéristiques, bien qu'elles soient quelque peu difficiles par rapport au benzène en raison de l'influence du groupe nitro. Ainsi, le dinitrobenzène peut être obtenu à partir de nitrobenzène par nitration supplémentaire avec un mélange d'acides nitrique et sulfurique à une température élevée. Le produit résultant sera constitué majoritairement (93 %) de méta-dinitrobenzène. Il est même possible d'obtenir du trinitrobenzène de manière directe. Mais pour cela, il est nécessaire d'utiliser des conditions encore plus strictes, ainsi que du trifluorure de bore.
De la même manière, le nitrobenzène peut être sulfoné. Pour ce faire, utilisez un agent sulfurant très puissant - l'oléum (solution d'oxyde de soufre VI dans l'acide sulfurique). La température du mélange réactionnel doit être d'au moins 80 °C. Une autre réaction de substitution électrophile est l'halogénation directe. Des acides de Lewis forts (chlorure d'aluminium, trifluorure de bore, etc.) et des températures élevées sont utilisés comme catalyseurs.
Substitution nucléophile
Comme le montre la formule structurale, le nitrobenzène peut réagir avec de puissants composés donneurs d'électrons. C'estpeut-être en raison de l'influence du groupe nitro. Un exemple d'une telle réaction est l'interaction avec des hydroxydes concentrés ou solides de métaux alcalins. Mais cette réaction ne forme pas de nitrobenzène de sodium. La formule chimique du nitrobenzène suggère plutôt l'ajout d'un groupe hydroxyle au noyau, c'est-à-dire la formation de nitrophénol. Mais cela ne se produit que dans des conditions assez difficiles.
Une réaction similaire se produit avec les composés organomagnésiens. Le radical hydrocarboné est attaché au noyau en position ortho ou para du groupe nitro. Un processus secondaire dans ce cas est la réduction du groupe nitro en groupe amino. Les réactions de substitution nucléophile sont plus faciles s'il y a plusieurs groupes nitro, car ils tireront encore plus fortement la densité électronique du noyau.
Réaction de récupération
Comme vous le savez, les composés nitrés peuvent être réduits en amines. Le nitrobenzène ne fait pas exception, dont la formule suggère la possibilité de cette réaction. Il est souvent utilisé dans l'industrie pour la synthèse d'aniline.
Mais le nitrobenzène peut donner beaucoup d'autres produits de récupération. Le plus souvent, la réduction avec de l'hydrogène atomique est utilisée au moment de sa libération, c'est-à-dire qu'une réaction acide-métal est effectuée dans le mélange réactionnel et que l'hydrogène libéré réagit avec le nitrobenzène. Habituellement, cette interaction produit de l'aniline.
Si le nitrobenzène est traité avec de la poussière de zinc dans une solution de chlorure d'ammonium, le produit de réaction sera la N-phénylhydroxylamine. Ce composé peut être assez facilement réduit en aniline de manière standard, ou oxydé en nitrobenzène avec un agent oxydant puissant.
La réduction peut également être effectuée en phase gazeuse avec de l'hydrogène moléculaire en présence de platine, de palladium ou de nickel. Dans ce cas, l'aniline est également obtenue, mais il existe une possibilité de réduction du noyau benzénique lui-même, ce qui est souvent indésirable. Parfois, un catalyseur tel que le nickel de Raney est également utilisé. Il s'agit de nickel poreux, saturé d'hydrogène et contenant 15 % d'aluminium.
Lorsque le nitrobenzène est réduit par des alcoolates de potassium ou de sodium, de l'azoxybenzène se forme. Si vous utilisez des agents réducteurs plus puissants dans un environnement alcalin, vous obtenez de l'azobenzène. Cette réaction est également très importante, car certains colorants sont synthétisés avec son aide. L'azobenzène peut être soumis à une nouvelle réduction en milieu alcalin pour former de l'hydrazobenzène.
Initialement, la réduction du nitrobenzène était réalisée avec du sulfure d'ammonium. Cette méthode a été proposée en 1842 par N. N. Zinin, la réaction porte donc son nom. Mais pour le moment, il est rarement utilisé dans la pratique en raison du faible rendement.
Demande
Le nitrobenzène lui-même est utilisé très rarement, uniquement comme solvant sélectif (par exemple, pour les éthers de cellulose) ou comme agent oxydant doux. Il est parfois ajouté aux solutions de polissage des métaux.
Presque tout le nitrobenzène produit est utilisé pour la synthèse d'autres substances utiles (par exemple, l'aniline), qui, à leur tour,utilisé pour la synthèse de médicaments, colorants, polymères, explosifs, etc.
Danger
En raison de ses propriétés physiques et chimiques, le nitrobenzène est un composé très dangereux. Il a un niveau de danger pour la santé trois sur quatre selon la norme NFPA 704. En plus d'être inhalé ou à travers les muqueuses, il est également absorbé par la peau. Lorsqu'elle est empoisonnée par une grande concentration de nitrobenzène, une personne peut perdre conscience et mourir. À de faibles concentrations, les symptômes d'empoisonnement comprennent des malaises, des étourdissements, des acouphènes, des nausées et des vomissements. Une caractéristique de l'empoisonnement au nitrobenzène est le taux élevé d'infection. Les symptômes apparaissent très rapidement: les réflexes sont perturbés, le sang devient brun foncé en raison de la formation de méthémoglobine dans celui-ci. Parfois, il peut y avoir des éruptions cutanées sur la peau. La concentration suffisante pour l'administration est très faible, bien qu'il n'y ait pas de données exactes sur la dose létale. On trouve souvent dans la littérature spécialisée des informations selon lesquelles 1 à 2 gouttes de nitrobenzène suffisent à tuer une personne.
Traitement
En cas d'empoisonnement au nitrobenzène, la victime doit être immédiatement évacuée de la zone toxique et débarrassée des vêtements contaminés. Le corps est lavé à l'eau tiède savonneuse pour éliminer le nitrobenzène de la peau. Toutes les 15 minutes, la victime est inhalée avec du carbogène. Pour un empoisonnement léger, il faut prendre de la cystamine, de la pyridoxine ou de l'acide lipoïque. Dans les cas plus graves, l'administration intraveineuse de bleu de méthylène ou de chromosmon est recommandée. Àintoxication au nitrobeznol par la bouche, il est nécessaire de provoquer immédiatement des vomissements et de rincer l'estomac à l'eau tiède. Il est contre-indiqué de prendre des matières grasses, y compris du lait.
