Најважније из лекције
Нитро-једињења: Органска једињења са директном \(\text{C-N}\) везом (\(\text{R-NO}_2\), \(\text{Ar-NO}_2\)), за разлику од естара (\(\text{C-O-N}\)).
Номенклатура: Префикс „нитро-” + назив угљоводоника (нпр. нитрометан, 2-нитропропан, нитробензен).
Физичка својства: Нижа су течности, виша чврсте материје, бледожуте боје. Нитробензен има мирис бадема и не раствара се у води.
Хемијске реакције:
Номенклатура: Префикс „нитро-” + назив угљоводоника (нпр. нитрометан, 2-нитропропан, нитробензен).
Физичка својства: Нижа су течности, виша чврсте материје, бледожуте боје. Нитробензен има мирис бадема и не раствара се у води.
Хемијске реакције:
- Редукција: \(\text{Ar-NO}_2 \xrightarrow{\text{Sn/HCl}} \text{Ar-NH}_2\) (нитробензен прелази у анилин).
- Електрофилна супституција: Нитро-група диригује у мета-положај.
Нитро-једињења су класа органских једињења са азотом чији молекули садрже нитро-групу (\(-\text{NO}_2\)) директно везану преко атома азота за атом угљеника (\(\text{C-N}\) веза).
\[ \text{R-NO}_2 \quad (\text{алифатично нитро-једињење}) \]
\[ \text{Ar-NO}_2 \quad (\text{ароматично нитро-једињење}) \]
Нитро-једињења се структурно разликују од естара азотне (\(\text{R-O-NO}_2\)) и азотасте киселине (\(\text{R-O-NO}\)). Код естара је атом азота за угљеников низ везан преко атома кисеоника (\(\text{C-O-N}\)), док је код нитро-једињења веза директна (\(\text{C-N}\)).
Објасните разлику у повезивању атома у молекулима нитрометана и метил-нитрата.
У нитрометану (\(\text{CH}_3\text{-NO}_2\)) постоји директна веза између атома угљеника и азота (\(\text{C-N}\)), што га чини нитро-једињењем. У метил-нитрату (\(\text{CH}_3\text{-O-NO}_2\)) азот је за угљеник везан преко атома кисеоника (\(\text{C-O-N}\)), па је то естар неорганске киселине.
У називима нитро-једињења испред назива основног угљоводоника додаје се префикс „нитро-”, уз положајни број угљениковог атома за који је нитро-група везана (уколико постоји више могућих положаја).
Алифатична нитро-једињења:
- \(\text{CH}_3\text{-NO}_2\) - нитрометан
- \(\text{CH}_3\text{-CH}_2\text{-NO}_2\) - нитроетан
- \(\text{CH}_3\text{-CH(NO}_2)\text{-CH}_3\) - 2-нитропропан
- \(\text{CH}_3\text{-C(CH}_3)(\text{NO}_2)\text{-CH}_3\) - 2-метил-2-нитропропан
- \(\text{C}_6\text{H}_5\text{NO}_2\) - нитробензен
- 2,4,6-тринитротолуен (ТНТ)
- 2,4,6-тринитрофенол (пикринска киселина)
Напишите рационалну структурну формулу и назив једињења чији је главни низ пропан, а садржи нитро-групу на првом C-атому.
Формула је \(\text{CH}_3\text{-CH}_2\text{-CH}_2\text{-NO}_2\), а назив је 1-нитропропан.
Нитро-једињења са мањим бројем C-атома на собној температури су у течном, а она са већом молекулском масом у чврстом агрегатном стању. Већином су бледожуте боје.
Нитробензен:
- Бледожута течност карактеристичног мириса који подсећа на горки бадем.
- Практично се не раствара у води.
- Кристалише у облику зеленкастожутих кристала.
Каква је растворљивост нитробензена у води и ког је агрегатног стања на собној температури?
Нитробензен је на собној температури течног агрегатног стања и практично је нерастворан у води.
Алифатична нитро-једињења немају већи синтетички значај, док ароматична нитро-једињења ступају у важне реакције редукције и електрофилне ароматичне супституције.
1. Редукција нитро-групе: Редукцијом нитробензена редукционим средствима (метали попут \(\text{Sn}\), \(\text{Fe}\), \(\text{Zn}\) у киселој средини уз \(\text{HCl}\), или водоник уз катализатор попут \(\text{Pt}\)) настаје примарни ароматични амин - анилин (фениламин, аминобензен).
\[ \text{C}_6\text{H}_5\text{NO}_2 \xrightarrow{\text{Sn / HCl}} \text{C}_6\text{H}_5\text{NH}_2 \]
нитробензен \(\longrightarrow\) анилин (фениламин)
2. Електрофилна ароматична супституција: Нитро-група (\(-\text{NO}_2\)) снажно деактивира ароматични прстен и диригује увођење новог супституента искључиво у мета-положај.
Који органски производ настаје када се нитробензен подвргне дејству калаја и концентроване хлороводоничне киселине?
Настаје анилин (фениламин или аминобензен).
Нитробензен: Најважнија сировина у индустрији за синтезу анилина, који се даље користи за добијање синтетских боја.
2,4,6-Тринитротолуен (ТНТ, тротил): Бледожута кристална супстанца која се користи као експлозив. Отпоран је на удар и експлодира само помоћу детонатора, уз ослобађање велике количине топлоте и гасова.
\[ 2\,\text{C}_7\text{H}_5\text{N}_3\text{O}_6(s) \longrightarrow 3\,\text{N}_2(g) + 7\,\text{CO}(g) + 5\,\text{H}_2\text{O}(g) + 7\,\text{C}(s) \quad (\Delta_r H < 0) \]
2,4,6-Тринитрофенол (пикринска киселина): Јака органска киселина и експлозив.
Хлорамфеникол: Ароматично нитро-једињење са више функционалних група; широкоспектрални антибиотик (користи се код конјунктивитиса).
Синтетски мошуси (нитро-мошуси): Полисупституисани динитро- и тринитробензени карактеристичног пријатног мириса који се користе у производњи парфема.
Због чега је ТНТ релативно безбедан за руковање у поређењу са другим експлозивима?
ТНТ је веома отпоран на механички удар и не експлодира лако; за његову експлозију неопходно је употребити детонатор.
Задаци за вежбање
Задатак 1 (лак): Одредите IUPAC назив за једињење чија је формула:
\[ \text{CH}_3\text{-CH}_2\text{-CH(NO}_2)\text{-CH}_3 \]
Најдужи угљоводонични низ садржи 4 C-атома (бутан). Нумерисање почиње са десне стране како би нитро-група добила мањи број: C-2.
Назив: 2-нитробутан.
Назив: 2-нитробутан.
Задатак 2 (средњи): Ако се нитробензен подвргне реакцији бромовања у присуству катализатора (\(\text{FeBr}_3\)), који ће главни органски производ настати? Објасните зашто.
Главни производ биће 1-бром-3-нитробензен (односно мета-бромнитробензен).
Објашњење: Нитро-група (\(-\text{NO}_2\)) у реакцијама електрофилне ароматичне супституције делује као деактивирајућа група и усмерава долазећи електрофил искључиво у мета-положај у односу на себе.
Објашњење: Нитро-група (\(-\text{NO}_2\)) у реакцијама електрофилне ароматичне супституције делује као деактивирајућа група и усмерава долазећи електрофил искључиво у мета-положај у односу на себе.
Задатак 3 (тежак): Бензен је нитрован до нитробензена уз принос реакције од \(80\,\%\). Настали нитробензен је затим редукован калајем у киселој средини до анилина уз принос од \(90\,\%\). Колика маса бензена (\(M = 78\text{ g/mol}\)) је потребна да би се добило \(18{,}6\text{ g}\) анилина (\(M = 93\text{ g/mol}\))?
Израчунавање теоријске количине анилина:
\[ n(\text{анилин}) = \frac{m}{M} = \frac{18{,}6\text{ g}}{93\text{ g/mol}} = 0{,}2\text{ mol} \]
Узимање у обзир приноса редукције (\(\eta_2 = 90\,\%\)):
\[ n(\text{нитробензен, стварно потребно}) = \frac{0{,}2\text{ mol}}{0{,}90} = 0{,}222\text{ mol} \]
Узимање у обзир приноса нитровања (\(\eta_1 = 80\,\%\)):
\[ n(\text{бензен, почетно}) = \frac{0{,}222\text{ mol}}{0{,}80} = 0{,}2778\text{ mol} \]
Израчунавање почетне масе бензена:
\[ m(\text{бензен}) = n \cdot M = 0{,}2778\text{ mol} \cdot 78\text{ g/mol} \approx 21{,}67\text{ g} \]
Одговор: Потребно је приближно \(21{,}7\text{ g}\) бензена.
