Nitro- und Nitrosoverbindungen

IMPP-Score: 1.2

Nitro- und Nitrosoverbindungen: Definitionen und Klassifizierung

Nitro- und Nitrosoverbindungen sind wichtige Substanzklassen in der organischen Chemie, die durch das Vorhandensein spezifischer Nitrogenoxid-Gruppen gekennzeichnet sind. Nitroverbindungen besitzen eine -NO2-Gruppe, während Nitrosoverbindungen eine -N=O-Funktionalität aufweisen. Eine besondere Gruppe bilden die Nitrosamine, in denen die Gruppe -N(NO)R2 enthalten ist, wobei R Alkyl- oder Arylgruppen darstellen.

Die Nitrogruppe1
Identifikationsmerkmal

Die Anwesenheit der -NO2- bzw. -N=O-Funktionen ist das Schlüsselmerkmal für die Identifikation von Nitro- und Nitrosoverbindungen.

Herstellung

Nitroverbindungen

Nitroverbindungen, besonders Nitroaromaten, werden üblicherweise durch Nitrierungsreaktionen dargestellt. Bei diesem Prozess wird eine -NO2-Gruppe an einem Aromaten durch die Reaktion mit Nitriersäure, einer Mischung aus konzentrierter Salpetersäure und Schwefelsäure, eingeführt.

Nitrosoverbindungen und Nitrosamine

Nitrosoverbindungen entstehen oft durch die Oxidation von primären Aminen oder durch direkte Nitrosierung sekundärer Amine. Nitrosierende Agentien sind dabei häufig in situ erzeugte Nitrosyl-Ionen (NO+).

Die Nitrosogruppe2

Eigenschaften

Elektronenziehende Wirkung

Die Nitrogruppe ist stark elektronenziehend und beeinflusst daher die Eigenschaften benachbarter funktioneller Gruppen. Im Falle von Nitrophenolen führt das zu einer erhöhten Acidität im Vergleich zu Phenol. Der pKs-Wert von 2-Nitrophenol ist niedriger als der von 3-Nitrophenol, da im ortho-substituierten Derivat die deprotonierte Form besser stabilisiert wird.

CH-Acidität

Nitroverbindungen wie Nitromethan zeigen eine signifikante CH-Acidität, wobei die Nitrogruppe zur Stabilisierung des resultierenden Anions beiträgt.

Reaktionen: Reduktion zu Aminen

Reduktionsmittel können Nitroverbindungen in Amine umwandeln, ein Schritt, der oft in der Synthese von Pharmaka und Farbstoffen genutzt wird. Hierfür kommen verschiedene Methoden zum Einsatz:

  • Hydrierung mit Wasserstoff und einem Katalysator, z.B. Palladium-Kohle.
  • Metallisches Eisen in Salzsäure.
  • Lithiumaluminiumhydrid (LAH), das besonders bei der Reduktion aliphatischer Nitroverbindungen verwendet wird.

Die Produkte solcher Reduktionen sind primäre, sekundäre oder tertiäre Amine, abhängig von der Ausgangsverbindung.

IMPP-Fokus

Das IMPP fragt besonders gerne nach den Reduktionsmethoden von Nitroverbindungen und deren Produkten.

Besondere Aspekte

Tautomerie von Nitrosoverbindungen

Nitrosoverbindungen können tautomer sein und je nach pH-Wert oder Lösungsmittel die Nitrosonium- oder Oximform annehmen.

Nitrosamine

Nitrosamine bilden sich durch Reaktion sekundärer Amine mit Nitrosierungsreagenzien. Sie sind in der öffentlichen Wahrnehmung, da viele von ihnen als krebserregend klassifiziert sind.

Anwendung

Am Beispiel von Nitroverbindungen: Während 4-Nitrotoluen aufgrund der meta-dirigierenden Wirkung der Nitrogruppe elektrophile aromatische Substitutionen vorwiegend in den Positionen 3 und 5 eingeht, kann es durch Reduktion in das entsprechende Toluidin-Derivat überführt werden, das dann für weitere chemische Synthesen eingesetzt werden kann.

Wichtigkeit der Nitrogruppe unter hohen Temperaturen

Es ist wichtig zu wissen, dass Nitrogruppen enthaltende Verbindungen bei hohen Temperaturen zerfallen können, was zur Freisetzung von Stickstoffgas und zur Bildung anderer Produkte führt. Diese Kenntnis ist besonders bei der Brandanalytik und in der Sicherheitschemie von Bedeutung.

Identifizierung unter Extrembedingungen

Das Erkennen und Analysieren der Produkte von Nitrogruppen enthaltenden Verbindungen unter hohen Temperaturen ist ein gefragtes Wissensgebiet.

Diese Inhalte bieten euch eine solide Grundlage, um Nitro- und Nitrosoverbindungen in ihrer Komplexität zu verstehen und auf Fragen bezüglich ihrer Herstellung, Eigenschaften und Reaktionen im Examen gut vorbereitet zu sein.

Zusammenfassung

  • Hydrierung von Nitroverbindungen: Durch Reaktion mit H₂ in Anwesenheit eines Katalysators wie Pd/C können Nitroverbindungen zu primären Aminen reduziert werden.
  • Einfluss der Nitrogruppe auf den pKs-Wert: Nitrophenole sind acider als Phenol; die Nitrogruppe als elektronenziehende Gruppe senkt den pKs-Wert, insbesondere in ortho-Stellung.
  • CH-Acidität von Nitroverbindungen: Nitrogruppen stabilisieren das durch Deprotonierung entstandene Anion, was bei Verbindungen wie Nitromethan zur CH-Acidität führt.
  • Konzept der Azozerfallsreaktionen: Beim Erhitzen zerfallen Azoverbindungen unter Bildung von N₂ und anderen Gasen; Stöchiometrie der Zersetzung ist für die Berechnung der Gesamtstoffmenge der Gase entscheidend.
  • Identifizierung von Nitrosaminen und Nitrosoverbindungen: Nitrosamine enthalten -N(NO)R₂, während Nitrosoverbindungen die Gruppe -N=O aufweisen; Unterscheidung durch die funktionellen Gruppen ist wichtig.
  • Elektrophile aromatische Substitution und Nitroverbindungen: Nitrogruppen sind meta-dirigierend und deaktivierend bei Substitutionsreaktionen aufgrund ihrer -M- und -I-Effekte.
  • Diazochemie: Bildung von Diazoniumsalzen aus Aminen mit NaNO₂ und HCl erlaubt Weiterreaktionen zu verschiedenen Produkten; Nitrosierungsreaktionen führen zu Nitrosoverbindungen.

Feedback

Melde uns Fehler und Verbesserungsvorschläge zur aktuellen Seite über dieses Formular. Vielen Dank ❤️

Footnotes

  1. Credits Die Nitrogruppe Grafik: Jü, Nitro Group Structural Formulae V.3, als gemeinfrei gekennzeichnet, Details auf Wikimedia Commons↩︎

  2. Credits Die Nitrosogruppe Grafik: , Nitroso-compound-2D, als gemeinfrei gekennzeichnet, Details auf Wikimedia Commons↩︎