Нитросоединения

Нитросоединения

05.04.2021


Нитросоединения — органические соединения, содержащие одну или несколько нитрогрупп —NO2. Под нитросоединениями обычно подразумевают C-нитросоединения, в которых нитрогруппа связана с атомом углерода (нитроалканы, нитроалкены, нитроарены). O-нитросоединения и N-нитросоединения выделяют в отдельные классы — нитроэфиры (органические нитраты) и нитрамины.

Номенклатура

В зависимости от строения радикала R, различают алифатические (предельные и непредельные), ациклические, ароматические и гетероциклические нитросоединения. По характеру углеродного атома, с которым связана нитрогруппа, нитросоединения подразделяются на первичные, вторичные и третичные.

Нитросоединения изомерны эфирам азотистой кислоты HNO2 (R-ONO)

Строение нитрогруппы

Нитрогруппа имеет плоскую конфигурацию. Атомы азота и кислорода находятся в состоянии sp2-гибридизации, а связи N-O равноценны (промежуточные между одинарной и двойной) и имеют длину 0,122 нм, угол O-N-O равен 127°, длина связи C-N составляет 0,147 нм. Атомы C, N, O лежат в одной плоскости.

При наличии α-атомов водорода (в случае первичных и вторичных алифатических нитросоединений) возможна таутомерия между нитросоединениями и нитроновыми кислотами (аци-формами нитросоединений):

Получение

  • Из галогенпроизводных (реакция Мейера):
C 2 H 5 B r + A g N O 2 → C 2 H 5 N O 2 + A g B r {displaystyle {mathsf {C_{2}H_{5}Br+AgNO_{2} ightarrow C_{2}H_{5}NO_{2}+AgBr}}}
  • Нитрование
    • Реакция Коновалова -- для алифатических углеводородов. Бывает неудобной по причине образования смеси нитросоединений:
      C 3 H 8 + H N O 3 → C H 3 C H ( N O 2 ) C H 3 + C H 3 C H 2 C H 2 N O 2 + C H 3 C H 2 N O 2 + C H 3 N O 2 {displaystyle {mathsf {C_{3}H_{8}+HNO_{3} ightarrow CH_{3}CH(NO_{2})CH_{3}+CH_{3}CH_{2}CH_{2}NO_{2}+CH_{3}CH_{2}NO_{2}+CH_{3}NO_{2}}}}
    • Нитрование ароматических углеводородов.
  • Окисление аминов

Физические свойства

Низшие нитроалканы являются бесцветными жидкостями, ароматические нитроалканы — бесцветными или желтоватыми легкоплавкими твёрдыми веществами со специфическим запахом, в воде практически нерастворимыми.

В УФ-спектрах алифатических нитросоединений обнаруживается интенсивная полоса с λmax=200-210 нм и слабая полоса при 270—280 нм. Для ароматических нитросоединений характерна полоса в районе 250—300 нм.

В ЯМР 1H-спектрах химические сдвиги для атома водорода в α-положении находятся в районе 4-6 м.д.

Химические свойства

Реакции замещения

Нитрогруппа является одной из самых сильных электроноакцепторных групп. Поэтому в реакциях электрофильного замещения в ароматических соединениях направляет заместитель в мета-положение. Для алифатических соединений нитрогруппа также затрудняет реакции электрофильного замещения и облегчает реакции нуклеофильного замещения, что с успехом используется в органическом синтезе

По химическому поведению нитросоединения обнаруживают определенное сходство с азотной кислотой. Это сходство проявляется при окислительно-восстановительных реакциях.

Восстановление нитросоединений (реакция Зинина) R N O 2 → [ H ] R N H 2 + 2 H 2 O {displaystyle {mathsf {RNO_{2}{xrightarrow[{}]{[H]}}RNH_{2}+2H_{2}O}}} Реакции конденсации (реакция Анри) Таутомерия нитросоединений. Реакции с разрывом C-N связей

Первичные и вторичные нитросоединения способны отщеплять нитрогруппу, образуя соответствующие карбонильные соединения (реакция Нефа):

R 2 C H N O 2 → R 2 C O {displaystyle {mathsf {R_{2}CHNO_{2} ightarrow R_{2}CO}}}

Важнейшие представители

  • Тетранитрометан
  • Нитроциклогексан
  • Нитробензол
  • Тринитротолуол(тротил)
  • Нитронафталины

Применяют в производстве красителей, лекарственных препаратов, взрывчатых веществ.