Нитросоединения

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 — сложные эфиры (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

Файл:Строение нитрогруппы.png

Строение нитрогруппы в молекуле нитрометана

Нитрогруппа имеет плоскую конфигурацию. Атомы азота и кислорода находятся в состоянии spШаблон:Sup-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):

${𝖢}_{\mathrm{𝟤}}{𝖧}_{\mathrm{𝟧}}𝖡𝗋\mathsf{+}𝖠𝗀𝖭{𝖮}_{\mathrm{𝟤}}\mathsf{\to }{𝖢}_{\mathrm{𝟤}}{𝖧}_{\mathrm{𝟧}}𝖭{𝖮}_{\mathrm{𝟤}}\mathsf{+}𝖠𝗀𝖡𝗋$

• Нитрование
  • Реакция Коновалова -- для алифатических углеводородов. Бывает неудобной по причине образования смеси нитросоединений:
    ${𝖢}_{\mathrm{𝟥}}{𝖧}_{\mathrm{𝟪}}\mathsf{+}𝖧𝖭{𝖮}_{\mathrm{𝟥}}\mathsf{\to }𝖢{𝖧}_{\mathrm{𝟥}}𝖢𝖧\mathsf{(}𝖭{𝖮}_{\mathrm{𝟤}}\mathsf{)}𝖢{𝖧}_{\mathrm{𝟥}}\mathsf{+}𝖢{𝖧}_{\mathrm{𝟥}}𝖢{𝖧}_{\mathrm{𝟤}}𝖢{𝖧}_{\mathrm{𝟤}}𝖭{𝖮}_{\mathrm{𝟤}}\mathsf{+}𝖢{𝖧}_{\mathrm{𝟥}}𝖢{𝖧}_{\mathrm{𝟤}}𝖭{𝖮}_{\mathrm{𝟤}}\mathsf{+}𝖢{𝖧}_{\mathrm{𝟥}}𝖭{𝖮}_{\mathrm{𝟤}}$
  • 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 λШаблон:Sub=200-210 нм и слабая полоса при 270—280 нм. Для ароматических нитросоединений характерна полоса в районе 250—300 нм.

В ЯМР Шаблон:SupH-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)

$𝖱𝖭{𝖮}_{\mathrm{𝟤}}\underset{}{\overset{[H]}{\to }}𝖱𝖭{𝖧}_{\mathrm{𝟤}}\mathsf{+}\mathrm{𝟤}{𝖧}_{\mathrm{𝟤}}𝖮$

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):

${𝖱}_{\mathrm{𝟤}}𝖢𝖧𝖭{𝖮}_{\mathrm{𝟤}}\mathsf{\to }{𝖱}_{\mathrm{𝟤}}𝖢𝖮$

Важнейшие представители

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

Применяют в производстве красителей, лекарственных препаратов, взрывчатых веществ.

Литература

• Шаблон:Книга