40. Нітросполуки

До азотовмісних органічних сполук належать різні класи речовин: нітросполуки, аміни, амінокислоти тощо. Вони відіграють важливу роль у природі, оскільки білки – найголовніша складова частина всіх живих організмів – складаються з амінокислот.

Визначення. Нітросполуки – це похідні вуглеводнів, у яких атом водню заміщується на нітрогрупу. Азот цієї групи безпосередньо сполучається з вуглецем. Загальна формула нітросполук R–NO₂. Нітрогліцерин і тринітроцелюлоза не належать до нітросполук, хоча містять групу –NO₂. їх нітрогрупа сполучається з атомом вуглецю через атом кисню. Вони – естери азотної кислоти.

Класифікація. Залежно від природи вуглеводневого радикалу розрізняють аліфатичні та ароматичні нітросполуки.

Номенклатура. Назви нітросполук складаються з назв вихідних вуглеводнів з додаванням префіксу нітро-, динітро- тощо:

Ізомерія. Для нітросполук характерна ізомерія вуглеводневого радикалу та положення нітрогрупи в ланцюзі або бензольному ядрі.

Будова молекули. Електронна формула нітросполук мас такий вигляд:

Атом азоту в нітросполуках сполучений з іншими атомами чотирма парами електронів – він чотиривалентний. Один зв’язок між атомами азоту та кисню утворений за рахунок пари електронів, що належала раніше атому азоту. Під час формування цього зв’язку виникають такі заряди: на атомі азоту +1, на атомах кисню -1. Обидва кисневих атоми рівноцінні, тому на кожному з них виникає заряд -1/2. Структурну формулу нітросполук можна записати так:

Різнойменні заряди на атомі азоту та двох атомах кисню обумовлюють полярний характер нітросполук.

Поширення у природі. Кількість природних нітросполук невелика. Вони містяться в деяких рослинах, грибах, входять до складу антибіотиків, що утворюються пліснявою. Так 1-феніл-2- нітроетан є в ефірних маслах, одержаних з кори лаврових дерев, 3-нітропропанова кислота – в грибах, в коренях бобових. Вживання продуктів, що їх містять, призводить до отруєння. Це пояснюється токсичністю нітросполук, які є клітинними отрутами. Вони вражають печінку, органи дихання.

Фізичні властивості. Як полярні речовини нітросполуки – рідини з високими температурами кипіння або тверді речовини з характерним запахом.

Хімічні властивості. Нітросполуки за хімічними властивостями подібні до азотної кислоти – вони є окисниками. Під дією водню нітросполуки відновлюються до амінів:

R–NO₂ + 6Н = R–NH₂ + 2Н₂O.

Одержання. Нітросполуки добувають введенням нітрогрупи в молекулу органічної речовини – нітруванням. Серед вуглеводнів легше за інші нітруються ароматичні та їх похідні. Реакція нітрування відбувається за участю нітруючої суміші, що складається з концентрованих азотної та сірчаної кислот:

Продукт нітрування толуолу – тринітротолуол – вибухова речовина:

Насичені вуглеводні нітрують парою азотної кислоти з масовою часткою НNО₃ 10–15 % за температури 140–175 °С та в умовах підвищеного тиску:

С₂Н₆ + НONO₂ = С₂Н₅NO₂ + Н₂O.

Використання. Нітросполуки використовуються як розчинники. Вони є проміжними продуктами у виробництві барвників, вибухових речовин, антибактеріальних препаратів, зокрема антибіотиків і репелентів.