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^[1].

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

Строение нитрогруппы в молекуле нитрометана

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):

${\displaystyle {\mathsf {C_{2}H_{5}Br+AgNO_{2}\rightarrow C_{2}H_{5}NO_{2}+AgBr}}}$

• Нитрование
  • Реакция Коновалова -- для алифатических углеводородов. Бывает неудобной по причине образования смеси нитросоединений:
    ${\displaystyle {\mathsf {C_{3}H_{8}+HNO_{3}\rightarrow CH_{3}CH(NO_{2})CH_{3}+CH_{3}CH_{2}CH_{2}NO_{2}+CH_{3}CH_{2}NO_{2}+CH_{3}NO_{2}}}}$
  • 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 λ_max=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)

${\displaystyle {\mathsf {RNO_{2}{\xrightarrow[{}]{[H]}}RNH_{2}+2H_{2}O}}}$

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):

${\displaystyle {\mathsf {R_{2}CHNO_{2}\rightarrow R_{2}CO}}}$

Важнейшие представители

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

Применяют в производстве красителей, лекарственных препаратов, взрывчатых веществ.

Примечания

1. nitro compounds // IUPAC Gold Book  (неопр.). Дата обращения: 24 мая 2011. Архивировано 11 февраля 2017 года.

Литература

• Кнунянц И. Л. и др. т.3 Мед-Пол // Химическая энциклопедия. — М.: Большая Российская Энциклопедия, 1992. — 639 с. — 50 000 экз. — ISBN 5-85270-039-8.