Nitrometan (CH₃NO₂) jest najprostszym wysoce łatwopalnym związkiem spośród nitroalkanów. Posiada jedną grupę nitrową (NO₂) połączoną z jedynym w związku węglem. Jest pod postacią bezbarwnej cieczy o charakterystycznym, raczej mało przyjemnym zapachu. Jego dodatek do benzyny powoduje zwiększenie ilości oktanów oraz obniżenie temperatury zapłonu (temperatura zapłonu czystego nitrometanu wynosi niewiele, bo 35,6*C), co jest niezwykle korzystne dla silników żarowych. Doskonale sprawdza się jako składnik paliw rakietowych i lotniczych. Popularny wśród modelarzy również ze względu na stosunkowo niską toksyczność. Paliwa dla modelarzy zawierają do 40% (najczęściej 5-15%) nitrometanu. Oprócz tego jest szeroko stosowany w syntezach organicznych. Rozpuszczalny w wodzie (105 g/l w 20*C) oraz w etanolu.

Gęstość: 1,44 g/cm³
Temperatura topnienia: -29*C
Toksyczność: LD50 (doustnie szczury): 940 mg/kg

Otrzymywanie

Najczęściej nitrometan otrzymuje się trzema sposobami. Pierwszą metodą jest metoda Meyera. Polega ona na reakcji bromku metylu (lub jodku) z azotanem(III) srebra. Bardzo dobra metoda ze względu na wysoką wydajność.

Drugą metodą jest metoda Cornbluma. Jest ona łudząco podobna do metody Meyera, jednak wykorzystuje się tutaj znacznie tańszy substrat niż azotan(III) srebra - mianowicie azotan(III) sodu. Reakcje przeprowadza się w silnie polarnych rozpuszczalnikach jak DMSO (dimetylosulfotlenek) lub DMFA (dimetyloformamid).

Ostatnią metodą jest reakcja kwasu chlorooctowego z azotanem(III) sodu w środowisku alkalicznym przy użyciu wskaźnika (fenoloftaleina). Następnie po ustabilizowaniu się reakcji nitrometan odbiera się z roztworu poprzez destylację. Ten sposób opiszemy dokładniej poniżej.

Otrzymywanie nitrometanu poprzez reakcję kwasu chlorooctowego z azotanem(III) sodu

Aparatura do otrzymywania nitrometanu w reakcji kwasu chlorooctowego i azotanu(III) sodu wygląda następująco:

Kolba destylacyjna o pojemności jednego litra (nr. 1) połączona jest z nasadką destylacyjną (nr. 2) w której osadzono termometr (nr. 3) o zakresie temperatur od 0*C do 150*C. Nasadka połączona jest z chłodnicą z podwójnym płaszczem chłodzącym (nr. 4). Ta z kolei połączona jest z przedłużaczem destylacyjnym (nr. 5), który łączymy z małą kolbką służącą jako odbieralnik. Owy odbieralnik umieszczamy w łaźni z lodem. Kolbę destylacyjną podczas reakcji będziemy ogrzewać płaszczem grzejnym.

Aparaturę mamy omówioną, czas na przepis preparatywny. Odłączamy kolbę destylacyjną od całości aparatury i umieszczamy w niej 125 gram kwasu chlorooctowego i 125 gram potłuczonego lodu sporządzonego z wody destylowanej. Kolejnym krokiem jest dodanie roztworu wodorotlenku sodowego o stężeniu 40% w ilości takiej, aby roztwór miał odczyn słabo alkaliczny wobec wskaźnika fenoloftaleiny. W praktyce wystarczy użyć około 90ml roztworu NaOH. Ług dodawać należy wolno cały czas mieszając kolbą, aby temperatura nie przekroczyła około 20*C, gdyż sprzyja to powstawaniu glikolanu sodu.

Po osiągnięciu odpowiedniego odczynu dodajemy 91g azotanu(III) sodu rozpuszczonego w 100ml wody destylowanej. Kolbę teraz należy połączyć z resztą aparatury. W łaźni wodnej umieszczamy pokruszony lód i rozpoczynamy destylację. Ogrzewamy kolbę delikatnie i powoli. W momencie osiągnięcia temperatury około 80-85*C pojawią się pierwsze pęcherzyki CO₂. W tym momencie należy szybko wyciągnąć kolbę destylacyjną z płaszcza grzewczego, ponieważ następuje rozkład nitrooctanu sodu, który jest egzotermiczny i powoduje samoistne dalsze ogrzewanie mieszaniny do temperatury około 95-98*C. Może się zdarzyć, że po odłączeniu aparatury od źródła grzewczego reakcja i tak będzie przebiegać zbyt gwałtownie. W celu jej uspokojenia możemy owinąć kolbę ręcznikiem zmoczonym zimną wodą. Do tego momentu powinniśmy otrzymać około 30ml nitrometanu i 40ml wody.

Gdy reakcja powoli dobiega końca (temperatura spada poniżej 90*C) zaczynamy powoli i delikatnie ogrzewać kolbę do temperatury około 110*C. W momencie osiągnięcia tej temperatury kończymy destylację. Podczas tego procesu powinniśmy otrzymać dodatkową część nitrometanu.

Otrzymany destylat umieszczamy w rozdzielaczu i pozostawiamy na około pół godziny. Po upływie tego czasu oddzielamy dolną warstwę produktu i umieszczamy ją w eksykatorze z bezwodnym chlorkiem wapnia lub bezwodnym siarczanem wapnia. Otrzymujemy około 30g nitrometanu, co stanowi 37% wydajności. Reakcja przebiega według zapisu:

CH₂(Cl)COOH + NaNO₂ + NaOH -> CH₃NO₂ + NaCl + NaHCO₃

Dodatkowe 3-4g nitrometanu możemy otrzymać poprzez dodanie do pozostałej górnej warstwy w rozdzielaczu (warstwy wodnej) chlorku sodu w ilości około 1/4 masy warstwy wodnej. Następnie prowadzimy destylację powstałej mieszaniny i oddzielamy nitrometan w rozdzielaczu od warstwy wodnej.

Nitrometan

Bezpieczeństwo

Podczas destylacji konieczne jest używanie płaszcza grzejnego z uwagi na wysoce łatwopalny produkt - nitrometan. Destylację prowadzimy pod dygestorium oczywiście z dala od wszelkich źródeł ognia zachowując wysoką ostrożność.

Artykuł napisał:
MaLuTkI

Literatura:
- „Preparatyka Organiczna”, Arthur I. Vogel