Nitroverbindings

Die nitrogroep is een van die algemeenste funksionele groepe wat 'n plofstofverbinding maak en word wêreldwyd gebruik. Die nitrogroep trek ook elektrone sterk terug en daarom kan C-H-bindings aangrensend (α) aan die nitrogroep as 'n suur optree. Die aanwesigheid van nitrogroepe in aromatiese verbinding vertraag elektrofiele aromatiese substitusie, maar vergemaklik nukleofiele aromatiese substitusie. Nitrogroepe kom selde in die natuur voor, en word byna altyd geproduseer deur nitrasiereaksies wat met salpetersuur begin.

 

In die natuur

Voorbeelde van nitroverbindings is skaars van aard. 3-Nitropropioniensuur word in sekere swamme en plante (bv. Indigofera wat tot die ertjiesfamilie behoort) gevind. Nitropentadeseen is 'n verdedigingsverbinding wat in termiete voorkom. Nitrofenieletaan kom voor in Aniba canelilla, wat aan die lourierplant familie behoort. Nitrofenieletaan kom ook voor by lede van die Annonaceae (lianas), Lauraceae (lourier) en Papaveraceae (papawer). 2-Nitrofenol is 'n bymekaarkomende feromoon van bosluise.

In farmaseutiese middels

Ten spyte van die af en toe gebruik in farmaseutiese middels, word die nitrogroep geassosieer met permanente veranderinge in genetiese materiaal, wat mutasies tot gevolg het, en selfs die genetiese inligting binne 'n sel kan beskadig wat kanker kan veroorsaak. Dit word dus dikwels beskou as 'n ongerief of oorlas in die ontdekkingsproses vir farmaseutiese middels.

Bereiding van aromatiese nitroverbindings

Aromatiese nitroverbindings word gewoonlik deur nitrasie gesintetiseer. Nitrasie word bereik met behulp van 'n mengsel van salpetersuur en swaelsuur, wat die nitroniumioon (NO+2) produseer. Die nitroniumioon is die elektrofiel in die reaksie:

   +     ${\displaystyle \longrightarrow }$      +  H⁺

Baie plofstowwe word geproduseer deur nitrasie, waaronder trinitrofenol (pikriensuur), trinitrotolueen (TNT) en trinitroresorcinol (stifniensuur).

Bereiding van alifatiese nitroverbindings

Alifatiese nitroverbindings kan op verskillende maniere gesintetiseer word. Een metode is deur vryradikale nitrasie van alkane. Die reaksie lewer fragmente van die ouer-alkaan, wat 'n uiteenlopende mengsel van produkte skep. Byvoorbeeld, nitrometaan, nitro-etaan, 1-nitropropaan en 2-nitropropaan word geproduseer deur propaan met salpetersuur in die gasfase te behandel.

'n Tweede metode behels nukleofiele substitusiereaksies tussen halogeenokoolstowwe of organosulfate met silwernitriet- of alkalienitrietsoute.

Reduksie

Nitroverbindings neem deel aan verskeie organiese reaksies, waarvan die belangrikste die reduksie tot die ooreenstemmende amiene is:

R-NO₂ + 3 H₂ → R-NH₂ + 2 H₂O

 

Suur-basis reaksies

Die α-koolstof van nitroalkane is ietwat suur. Met ander woorde, hierdie koolstofsure kan in 'n waterige oplossing gedeprotoneer word. Die gekonjugeerde basis word 'n nitronaat genoem, hulle word gevorm as tussenprodukte in die Henry-reaksie (nitroaldolreaksie) en Nef-reaksies.

Kondensasie reaksies

Nitrometaan ondergaan basisgekataliseerde addisie tot aldehiede in 1,2-toevoeging in die nitroaldolreaksie (Henry-reaksie). Net so dra dit by tot alfa-beta onversadigde karbonielverbindings as 'n 1,4-toevoeging in die Michael-reaksie as 'n Michael-skenker. Nitroalkene is Michael-aanvaarders in die Michael-reaksie met enolaatverbindings.

Biochemiese reaksies

Sekere ensieme kan alifatiese nitroverbindings oksideer tot minder giftige aldehiede en ketone.

Reaksies van aromatiese nitroverbindings

Reduksie van aromatiese nitroverbindings met waterstof oor metaalkatalisators gee aniliene. Feitlik alle aromatiese amiene (aniliene) is afkomstig van aromatiese nitroverbindings. 'n Variasie is die vorming van 'n dimetielaminoareen met palladium op koolstof en formaldehied:

 

Ontploffings

Plofbare ontbinding van organiese nitroverbindings is redoksreaksies, waarin beide die oksidant (nitrogroep) en die brandstof (koolwaterstofsubstituent) binne dieselfde molekule gebind is. Die ontploffingsproses genereer hitte deur hoogs stabiele produkte te vorm, insluitend molekulêre stikstof (N₂), koolstofdioksied (CO₂) en water (H₂O). Die ontploffingskrag van hierdie redoksreaksie word verhoog omdat hierdie stabiele produkte gasse is teen matige temperature.