Пояснения к синтезу

Нитробензол из-за электроноакцепторного влияния группы NO₂ нитруется в значительно более жестких условиях, чем бензол. Понятие “более жесткие условия” означает, что необходимо брать более концентрированные кислоты и поддерживать более высокую температуру реакции. Меньшее содержание воды приводит к более высокой кислотности реакционной смеси и, следовательно, к большей концентрации нитроний-катиона (NО₂⁺). Для получения м-динитробензола можно использовать “дымящую” азотную кислоту с плотностью 1,5 г/мл (примерно 98 % НNО₃). Однако более удобным лабораторным способом синтеза является нитрование нитробензола, растворенного в концентрированной Н₂SО₄, путем прибавления к нагретому раствору размельченной натриевой или калиевой соли азотной кислоты. Азотная кислота образуется непосредственно в реакционном сосуде по реакции:

NaNO₃ + H₂SO₄ = NaHSO₄ + HNO₃

Нитрование проходит практически в безводной среде. Серная кислота в данном случае выполняет функции: 1) реагента для образования НNО₃ из NаNО₃, 2) кислотного катализатора, который способствует образованию NО₂⁺, 3) растворителя. Преимущество такого способа – протекание реакции в гомогенной среде, т.к. и нитробензол, и нитрат натрия растворимы в 95 % Н₂SО₄, а это обеспечивает большую скорость процесса по сравнению с гетерогенными условиями. Недостаток способа – большой расход серной кислоты.

Особое внимание необходимо обращать на соблюдение указанного в прописи температурного режима: при добавлении нитрата натрия температура реакционной смеси ни в коем случае не должна превышать 130 C. При повышенной температуре усиливается окислительное действие азотной кислоты, в результате чего образуются полинитрофенолы и продукты более глубокого окисления органического вещества (смола). Тринитробензол практически не образуется.

Процессам окисления способствует ускоряющаяся при повышенной температуре реакция разложения азотной кислоты на воду, кислород и диоксид азота. Присутствие примеси полинитрофенолов обнаруживается при обработке расплавленного неочищенного м-ди­нитробензола щелочью или содой: в результате образования окрашенных полинитрофенолятов промывная жидкость окрашивается в оранжевый цвет.

м-Динитробензол значительно хуже растворим в концентрированной серной кислоте, чем исходный нитробензол, поэтому по мере образования он выделяется в горячей реакционной смеси в виде маслянистого слоя. При охлаждении смеси, а также при выливании ее в размельченный лед м-динитробензол затвердевает. Для отмывания осадка от кислот, захваченных при отверждении, его промывают последовательно водой, раствором соды и вновь водой.