3-Nitrobenzonitril, CAS 619-24-9 ve moleküler formülü C7H4N2O2 olan organik bir bileşiktir. Renksizden açık sarıya kadar bir katıdır. Molekülde bir nitro grubu (NO2) ve bir nitril grubu (CN) bulunur ve bunların her ikisi de kimyasal özelliklerini etkiler. Nitro gruplarının varlığı ona önemli bir asitlik verirken, nitril grupları ona belirli bir derecede nükleofillik verir. Belirli koşullar altında hafif sarı veya açık kahverengi görünebilir. Yoğunluk genellikle 1'den biraz daha büyüktür ve spesifik değerler sıcaklık ve basınçtaki değişikliklere bağlı olarak biraz değişebilir. Ancak normal laboratuvar koşullarında yoğunluğunun yaklaşık 1,2 g/cm³ olduğu kabul edilebilir. Aseton, kloroform ve etil asetat gibi çoğu organik çözücüde çözünebilir. Bununla birlikte, sudaki çözünürlüğü nispeten düşüktür, bu da onu sudaki biyolojik olarak daha az aktif hale getirir. Özel kimyasal özelliklere sahip bir bileşiktir. Organik sentezlerde önemli bir ara ürün olmasının yanı sıra ilaçlar ve pestisitler gibi pratik uygulamalarda da aktif bir bileşen olarak hizmet edebilir. Moleküler yapısında birden fazla reaktif fonksiyonel grubun bulunması nedeniyle çeşitli kimyasal reaksiyonlara girebilmektedir. Örneğin nitro gruplarının asitliği, bunların bazlarla reaksiyona girerek tuz oluşturmasına olanak tanır; Nitril grupları, bunların nükleofilik reaktiflerle nükleofilik katılma reaksiyonlarına girmelerini sağlar; Ayrıca nitro gruplarını bir indirgeme reaksiyonu yoluyla amino gruplarına da indirgeyebilir. Bu kimyasal özellikler, maddenin organik sentezde yaygın olarak uygulanabilir olmasını sağlar.
(Ürün linki:https://www.bloomtechz.com/synthetic-chemical/organic-intermediates/3-nitrobenzonitril-cas-619-24-9.html)
Yöntem 1: Klorlama diazotizasyonu, 3-Nitrobenzoitrilin sentezlenmesi için yaygın olarak kullanılan bir yöntemdir.
Adım 1: diazolama reaksiyonu
Bir nitrit hidroklorik asit çözeltisi hazırlamak için, konsantre hidroklorik asit ve sodyum nitriti bir sodyum klorür sulu çözeltisine ekleyin. Bu çözelti, düşük sıcaklıklarda organik bileşiklerle (benzonitril gibi) reaksiyona girerek diazonyum tuzları oluşturur. Diazonyum tuzlarının yapısı, kullanılan nitrit hidroklorik asit çözeltisinin konsantrasyonu ve reaksiyon sıcaklığı ile belirlenir.
NaNO2+HCl → NaCl+HNO2
NaNO2+2HCl → NaCl+H2N-Cl
Adım 2: Bağlanma reaksiyonu
Reaksiyon çözeltisine, diazonyum tuzları ile bağlanma reaksiyonlarına giren organik bileşikler (benzonitril gibi) eklenir ve hedef bileşik 3-Nitrobenzon itril oluşturulur. Bu reaksiyon, diazonyum tuzlarının ayrışmasını önlemek için düşük sıcaklıklarda gerçekleştirilir.
H2N-Cl+PhCN → 3-Nitrobenzoitril+NaCl+H2O
Notlar:
1. Klorlama diazolama yöntemi, düşük sıcaklıklarda gerçekleştirilmesi gereken sıkı reaksiyon koşulları gerektirir ve reaksiyon prosesi sırasında reaksiyon çözeltisinin pH değerinin kontrol edilmesi gerekir. PH değeri çok yüksekse diazonyum tuzlarının ayrışmasına yol açarak hedef bileşiklerin oluşumunu etkileyebilir.
2. Reaksiyon prosesi sırasında büyük miktarda reaktif ve solvent gerekir, bu nedenle üretim maliyetlerini ve çevre kirliliğini azaltmak için etkili atık arıtma ve solvent geri kazanımına ihtiyaç vardır.
3. Sentez prosesinde korozif kimyasal reaktiflerin kullanılması gerekmektedir, bu nedenle korozyona dayanıklı ekipmanların kullanılması ve gerekli güvenlik önlemlerinin alınması gerekmektedir.
4. Hedef bileşiğin üretilmesinden sonra safsızlıkların giderilmesi ve ürün kalitesinin iyileştirilmesi için saflaştırma ve arıtma gereklidir. Yaygın olarak kullanılan saflaştırma yöntemleri kristalleştirme, ekstraksiyon, damıtma vb.'yi içerir.
Nitrifikasyon reaksiyonu, konsantre sülfürik asit veya konsantre nitrik asit gibi asidik koşullar altında meydana gelen organik bir reaksiyondur. Reaksiyon sırasında asit, organik moleküllerdeki hidrojen atomlarını veya hidroksit gruplarını nitro gruplarına nitratlamak için bir nitratlama maddesiyle reaksiyona girer. 3-Nitrobenzoitril sentezlenirken, nitratlama maddesi olarak genellikle konsantre nitrik asit kullanılır.
Benzonitril ve konsantre nitrik asit arasındaki reaksiyon denklemi:
CH3C ≡ N+HNO3 → CH3C (NO2) CN+H2O
Benzonitril ve konsantre sülfürik asit arasındaki reaksiyon denklemi:
CH3C ≡ N+H2SO4 → CH3C (HSO3) CN+H2O
Reaksiyon adımları:
1. Hammaddeleri hazırlayın
Öncelikle benzonitril ve konsantre nitrik asidin hammadde olarak hazırlanması gerekir. Benzonitril, benzoil klorürün amonyaklı su ile reaksiyona sokulmasıyla hazırlanabilir. Konsantre nitrik asit, güçlü oksitleyici ve aşındırıcı özelliklere sahip güçlü bir asittir ve kullanımında özel dikkat gerektirir.
2. Karışık hammaddeler
Benzonitril ve konsantre nitrik asidi belirli bir oranda karıştırın. Normalde konsantre nitrik asit miktarı benzonitril miktarının yaklaşık 1,5 katıdır. Karıştırırken, lokal aşırı ısınma veya patlama gibi tehlikeli durumlardan kaçınmak için benzonitrile konsantre nitrik asidi yavaş yavaş eklemek ve sürekli karıştırmak gerekir.
3. Isıtma reaksiyonu
Nitrifikasyon reaksiyonunun başlamasını sağlamak için karışık çözeltiyi belirli bir sıcaklığa (genellikle 60-80 derece arasında) ısıtın. Reaksiyonu hızlandırmak için ısıtma işlemi sırasında sürekli karıştırma gereklidir. Aynı zamanda aşırı sıcaklıktan kaynaklanan yan reaksiyonların oluşmasını önlemek için sıcaklık kontrolüne dikkat etmek gerekir.
4. Soğutma kristalizasyonu
Reaksiyon tamamlandıktan sonra çözeltiyi oda sıcaklığına soğutun ve 3-Nitrobenzoitrilin kristalleşmesine ve çökelmesine izin verin. Kristalizasyon işlemi sırasında, kristalin topaklanmasını veya çökelmesini önlemek için karıştırmanın sürdürülmesi gereklidir.
5. Filtre ayırma
Ham 3-Nitrobenzantril kristalleri elde etmek için kristalize edilmiş çözeltiyi filtreleyin ve ayırın. Filtreleme yaparken Buchner hunisi, emme şişesi gibi ekipmanlar kullanılmalı, çalışma sırasında hijyen ve güvenliğin sağlanmasına dikkat edilmelidir.
6. Arıtma ve saflaştırma
Yüksek saflıkta 3-Nitrobenzoitril elde etmek için ham ürünün saflaştırılması gerekir. Saflaştırma genellikle yeniden kristalleştirme veya kolon kromatografisi gibi yöntemler kullanılarak gerçekleştirilir. Yeniden kristalleştirme, ham ürünü uygun bir çözücü içinde çözme ve ardından çözücüyü buharlaştırarak veya başka çözücüler ekleyerek kristali çökeltme işlemidir. Kolon kromatografisi, farklı maddelerin sabit ve hareketli fazlarları arasındaki dağılım katsayıları farkından yararlanan bir ayırma yöntemidir. Saflaştırmanın ardından yüksek saflıkta 3-Nitrobenzoitril elde edilebilir.
3-Nitrobenzoitril'in benzonitril oksidasyon yöntemini kullanarak sentezi yaygın olarak kullanılan bir sentez yöntemidir. Oksidasyon yöntemi, organik bileşiklerdeki fonksiyonel grupların oksidanların eklenmesiyle oksitlenmesine yönelik bir yöntemdir. Nitrik asit, 3-Nitrobenzoitril sentezinde yaygın olarak oksidan olarak kullanılır. Nitrik asit güçlü oksitleyici ve aşındırıcı özelliklere sahip güçlü bir asittir ve kullanımında özel dikkat gerektirir.
Benzonitril ve nitrik asit arasındaki reaksiyon denklemi:
CH3C ≡ N+HNO3 → CH3C (NO2) CN+H2O
Bu reaksiyonda nitrik asit, benzonitrili 3-Nitrobenzoitril'e oksitlemek için bir oksidan görevi görür. Eş zamanlı olarak yan ürün olarak su üretildi. Bu reaksiyon tipik bir oksidasyon reaksiyonudur ve ürünün saflığı ve verimi, reaksiyon koşullarının kontrol edilmesiyle geliştirilebilir.
Reaksiyon adımları
1. Hammaddeleri hazırlayın
Öncelikle benzonitril ve nitrik asidin hammadde olarak hazırlanması gerekir. Benzonitril, benzoil klorürün amonyaklı su ile reaksiyona sokulmasıyla hazırlanabilir. Nitrik asit güçlü oksitleyici ve aşındırıcı özelliklere sahip güçlü bir asittir ve kullanımında özel dikkat gerektirir.
2. Karışık hammaddeler
Benzonitril ve nitrik asidi belli bir oranda karıştırın. Normalde kullanılan nitrik asit miktarı benzonitrilin yaklaşık 1,5 katıdır. Karıştırırken, lokal aşırı ısınma veya patlama gibi tehlikeli durumlardan kaçınmak için benzonitrile nitrik asidi yavaş yavaş eklemek ve sürekli karıştırmak gerekir.
3. Isıtma reaksiyonu
Oksidasyon reaksiyonunun başlamasını sağlamak için karışık çözeltiyi belirli bir sıcaklığa (genellikle 60-80 derece arasında) ısıtın. Reaksiyonu hızlandırmak için ısıtma işlemi sırasında sürekli karıştırma gereklidir. Aynı zamanda aşırı sıcaklıktan kaynaklanan yan reaksiyonların oluşmasını önlemek için sıcaklık kontrolüne dikkat etmek gerekir.
4. Soğutma kristalizasyonu
Reaksiyon tamamlandıktan sonra çözeltiyi oda sıcaklığına soğutun ve 3-Nitrobenzoitrilin kristalleşmesine ve çökelmesine izin verin. Kristalizasyon işlemi sırasında, kristalin topaklanmasını veya çökelmesini önlemek için karıştırmanın sürdürülmesi gereklidir.
5. Filtre ayırma
Ham 3-Nitrobenzantril kristalleri elde etmek için kristalize edilmiş çözeltiyi filtreleyin ve ayırın. Filtreleme yaparken Buchner hunisi, emme şişesi gibi ekipmanlar kullanılmalı, çalışma sırasında hijyen ve güvenliğin sağlanmasına dikkat edilmelidir.
6. Arıtma ve saflaştırma
Yüksek saflıkta 3-Nitrobenzoitril elde etmek için ham ürünün saflaştırılması gerekir. Saflaştırma genellikle yeniden kristalleştirme veya kolon kromatografisi gibi yöntemler kullanılarak gerçekleştirilir. Yeniden kristalleştirme, ham ürünü uygun bir çözücü içinde çözme ve ardından çözücüyü buharlaştırarak veya başka çözücüler ekleyerek kristali çökeltme işlemidir. Kolon kromatografisi, farklı maddelerin sabit ve hareketli fazlarları arasındaki dağılım katsayıları farkından yararlanan bir ayırma yöntemidir. Saflaştırmanın ardından yüksek saflıkta 3-Nitrobenzoitril elde edilebilir.