Nitrierungen

Nitrierungen bezeichnen chemische Reaktionen, bei denen eine Nitrogruppe (-NO2) in ein organisches Substrat eingeführt wird. Am häufigsten erfolgen Nitrierungen durch elektrophile Substitution, insbesondere über den Nitronium-Ion NO2+ in einer stark sauren Umgebung aus konzentrierter Salpetersäure und konzentrierter Schwefelsäure. In der Aromatenchemie führt dies zur Bildung von Nitroverbindungen wie Nitrobenzol. Die Nitrogruppe ist elektronenziehend und wirkt nach der Reaktion stark deaktivierend, beeinflusst aber die weitere Reaktivität und Regiosteuerung des Moleküls.

Mechanismus und Bedingungen: NO2+ wird typischerweise durch Reaktion von HNO3 mit H2SO4 erzeugt: HNO3 + H2SO4 → NO2+ + HSO4- + H2O. Der elektrophile Angriff des NO2+ auf das aromatische System führt über einen Sigma-Komplex, der durch Deprotonierung zu Nitroverbindungen führt. Übliche Reaktionsbedingungen liegen bei niedrigen Temperaturen (0–40 °C) in einer HNO3/H2SO4–Mischung. Höhere Temperaturen oder Überschuss an Nitrierungsmittel begünstigen Mehrfachnitrierung oder Zersetzung.

Regio- und Substratspezifität: Substituenten am Benzolring beeinflussen die Nitrierungsrichtung. Elektronendonierende Gruppen fördern die Reaktion und lenken überwiegend zu Ortho- und Para-Positionen, während stark elektronenziehende Gruppen Meta-Positionen begünstigen. Unsubstituierte Arenen ergeben in der Regel Nitrobenzol. Beispiele: Toluol liefert o- und p-Nitrotoluol; Nitrobenzol kann weiter nitriert werden, um Dinitroverbindungen zu bilden.

Anwendungen und Sicherheit: Nitrierte Aromaten dienen als Vorstufen für Farbstoffe, Pharmazeutika und Sprengstoffe (z. B. Trinitrobenzolderivate). Wegen der extrem exothermen Reaktionen, der ätzenden Säuren und Umweltgefährdung erfordern Nitrierungen sorgfältige Temperaturkontrolle, geeignete Kühlung und sichere Abfallbehandlung.