Алифатические нитросоединения

Алифатические нитросоединения

Нитроалканы имеют общую формулу C_nH_2n+1NO₂ или R-NO₂. Они также изомерны алкилнитритам (эфирам азотистой кислоты) с общей формулой R-ONO.

Изомерия нитроалканов связана с изомерией углеродного скелета. Различают первичные RCH₂NO₂, вторичные R₂CHNO₂ и третичные R₃CNO₂ нитроалканы. Нитроалканы называют по углеводороду с приставкой нитро-. По систематической номенклатуре положение нитрогруппы обозначается цифрой.

Способы получения нитроалканов

1. Нитрование алканов (Коновалов, Хэсс).

Алканы окисляются концентрированной азотной кислотой или смесью азотной и серной кислот. Нитрование протекает только под действием разбавленной азотной кислоты пр нагревании (М.И. Коновалов, 1888 г.):

R-H + HO-NO₂ ® R-NO₂ + H₂O

Скорость реакции невелика и выходы низкие. Лучшие результаты получаются с алканами, содержащими третичные углеродные атомы. Реакция сопровождается образованием полинитросоединений и окислительными процессами.

практическое значение получили следующие методы нитрования алканов: 1) в газовой фазе при 350-400 ^оС с помощью 40-70%- ной HNO₃(нитрование по Хэссу, 1936 г.); 2) в жидкой фазе при 100-200^оС с 50-70%- ной HNO₃; 3)в жидкой или газовой фазе тетраоксидом или диоксидом азота. В промышленности получило применение нитрование парами азотной кислоты при 250-500^оС - парофазное нитрование. Выбор температуры процесса зависит от дины углеродной цепи и строения углеводорода: изобутан реагирует уже при 150^оС, тогда как метан - при 370. Реакция сопровождается крекингом углеводорода, в результате чего образуются мононитроалканы с углеродной цепью различной длины (деструктивное нитрование).

На реакцию нитрования расходуется около 40% азотной кислоты, остальная ее часть действует как окислитель. Поэтому наряду с нитросоединениями образуются также спирты, кетоны и кислоты. Кроме того, образуются и непредельные углеводороды.

Реакция нитрования - радикальный процесс.

Звено цепи:

RH + NO₂ ® ^·R

^·R+ NO₂ ® R NO₂

RH + ^·Cl ® ^·R

^·R+ NO ® R NO

2. Реакция Мейера.

CH₃Br + AgNO₂ ® CH₃NO₂ + AgBr реакция Мейера

CH₃CH₂Br + NaNO₂ ® CH₃CH₂NO₂ + NaBr реакция Корнблюма

Реакция протекает по механизму S_N2. В качестве побочных продуктов образуются эфиры азотистой кислоты (механизм S_N1).

3. Окисление аминов.

Ниросоединения также могут быть получены окислением аминов:

Нитросоединениям может быть придана следующая октетная формула:

или

 

Химические свойства

1.         Образование солей.

Первичные и вторичные нитросоединения растворимы в щелочах с образованием солей. Это объясняется тем, что водородные атомы пр углероде, связанном непосредственно с нитрогруппой, под влиянием последней активируются, и в щелочной среде нитросоединения перегруппировываются в аци-нитро-форму (кислотную):

Таким образом, нитроалканы являются таутомерными веществами, существующими в нитро- и аци-нитро-формах.

Если щелочные растворы нитросоединений обработать минеральной кислотой, то происходит медленный обратный сдвиг равновесия:

Поэтому нитросоединения относят к псевдокислотам. Для псевдокислот характерно, что сами они нейтральны, не обладают электропроводностью, но образуют нейтральные соли щелочных металлов. «Нейтрализация» нитросоединений основаниями (образование нейтральных солей) происходит медленно, а истинных кислот - мгновенно.

2. Образование аминов (восстановление) - см. Лекцию №32.

3. Реакции с азотистой кислотой.

Активность водородных атомов у углерода, непосредственно связанного с нитрогруппой, проявляется и в ряде других реакций, например, в реакциях с азотистой кислотой. Первичные и вторичные нитросоединения реагируют с азотистой кислотой, а третичные не реагируют:

Щелочные соли нитроловых кислот в растворе имеют красный цвет. Псевдонитролы в растворах и расплавах окрашены в синий или зеленовато-синий цвет.

4. Конденсация с альдегидами.

Первичные и вторичные нитросоединения конденсируются с альдегидами, образуя нитроспирты:

 

Нитрометан с формальдегидом дает триметилолнитрометан NO₂-C(CH₂OH)₃. При восстановлении последнего получается аминоспирт NH₂-C(CH₂OH)₃, используемый в производстве моющих средств и эмульгаторов. Азотнокислые эфиры нитроспиртов, например, NO₂-C(CH₂ONO₂)₃, являются ценными взрывчатыми веществами.

5. Образование альдегидов и кетонов.

Аци-формы первичных и вторичных спиртов нитросоединений в водных растворах при действии минеральных кислот образуют альдегиды или кетоны: