В органической химии нитрование — общий класс химических процессов введения нитрогруппы ( -NO 2 ) в органическое соединение . Этот термин также неправильно применяется к другому процессу образования нитратных эфиров ( -ONO 2 ) между спиртами и азотной кислотой (как это происходит при синтезе нитроглицерина ). Разница между полученными молекулярными структурами нитросоединений и нитратов ( NO − 3 ) заключается в том, что атом азота в нитросоединениях напрямую связан с атомом, не содержащим кислорода (обычно с атомом углерода или другим атомом азота), тогда как в нитратных эфирах (также называемых органические нитраты), азот связан с атомом кислорода, который, в свою очередь, обычно связан с атомом углерода (нитритогруппа).
Строго говоря, существует множество крупных промышленных применений нитрования; наиболее важными по объему являются производство нитроароматических соединений, таких как нитробензол .
Реакции нитрования особенно используются для производства взрывчатых веществ, например, превращение гуанидина в нитрогуанидин и превращение толуола в тринитротолуол (тротил). Однако они имеют большое значение в качестве химических промежуточных продуктов и предшественников . Ежегодно производятся миллионы тонн нитроароматических соединений. [1]
В типичных синтезах нитрования применяется так называемая «смешанная кислота», смесь концентрированной азотной кислоты и серной кислоты . [2] Эта смесь производит ион нитрония (NO 2 + ), который является активным компонентом ароматического нитрования . Этот активный ингредиент, который можно выделить в случае тетрафторбората нитрония [3] , также осуществляет нитрование без необходимости использования смешанной кислоты. При синтезе смешанных кислот серная кислота не расходуется и, следовательно, действует как катализатор, а также поглотитель воды. В случае нитрования бензола реакцию проводят при теплой температуре, не превышающей 50°С. [4] Этот процесс является одним из примеров электрофильного ароматического замещения , которое включает атаку богатого электронами бензольного кольца:
Также были предложены альтернативные механизмы, в том числе механизм, включающий перенос одного электрона (SET). [5] [6] Ацетилнитрат также использовался в качестве нитрирующего агента. [7] [8]
Селективность может быть проблемой при нитровании, поскольку, как правило, может получиться более одного соединения, но желательно только одно, поэтому альтернативные продукты действуют как загрязнители или просто выбрасываются впустую. Соответственно, желательно разрабатывать синтезы с подходящей селективностью; например, контролируя условия реакции, флуоренон можно селективно тринитровать [9] или тетранитровать. [10]