Nitronium (10102-44-0) Physikalische und Chemische Eigenschaften
Nitronium
Ein stark elektrophiles NO2+-Spezies, typischerweise als stabilisierte Salze geliefert, zur Verwendung in kontrollierten Nitrierungs- und Prozesschemieanwendungen.
| CAS-Nummer | 10102-44-0 |
| Familie | Nitronium (NO2+) Ion |
| Typische Form | Stabilisiert als kristalline Salze oder in Lösung |
| Übliche Qualitäten | EP |
Nitronium ist ein kleines, anorganisches Oxykation aus der Stickstoff-Sauerstoff-Klasse; strukturell handelt es sich um das Dioxid-Stickstoff-Kation mit der Formel \(\mathrm{NO}_2^{+}\). Das Ion ist formal isoelektronisch zu Kohlendioxid und weist eine lineare O–N–O-Geometrie mit zwei äquivalenten N=O-Bindungen und einer formalen Ladung auf, die im Stickstoff-Sauerstoff-Gerüst lokalisiert ist. Die elektronische Struktur wird durch starke π-Bindungen zwischen Stickstoff und Sauerstoff sowie durch die hohe Elektrophilie des Stickstoffzentrums dominiert; die zwei Sauerstoffatome bieten Lone-Pair-Akzeptorstellen, das Gesamtspezies ist jedoch ein einwertiges Kation ohne Wasserstoffbrücken-Donoren.
Da es sich um eine geladene, nicht neutrale Spezies handelt, ist Nitronium hochpolar und wird typischerweise als stabilisierte Salze oder als solvatisierte Ionen in stark sauren Medien angetroffen, nicht als freies neutrales Spezies. Es ist ein kraftvolles Elektrophil und eine starke Lewis-Säure: Es bewirkt leicht elektrophile aromatische Substitution (Nitrierung) und reagiert mit Nukleophilen, Wasser und basischen Substraten. Hydrolyse und Solvatation in protischen Medien führen zur schnellen Umwandlung in Stickstoffoxide und Oxysäuren; umgekehrt wird Nitronium in situ unter dehydratisierenden, stark sauren Bedingungen (z. B. Mischsäuresystemen) erzeugt oder als Salze mit nicht-nukleophilen Gegenionen isoliert und als Nitriersubstanz verwendet.
Übliche kommerzielle Qualitäten für diesen Stoff umfassen: EP.
Molekulare Parameter
Molekulargewicht und Formel
- Molekularformel: \(\mathrm{NO}_2^{+}\) (angegeben als NO2+).
- Molekulargewicht: 46,006 \(\mathrm{g}\,\mathrm{mol}^{-1}\).
- Exakte Masse / monoisotopische Masse: 45,992903243 (atomare Masseneinheiten).
Das geringe Molekulargewicht und die kompakte triatomare Struktur korrespondieren mit hoher Ladungsdichte; dies trägt zu starker Solvatation, niedriger intrinsischer Lipophilie und hoher Mobilität in ionischen Gittern oder superaziden Lösungen bei.
Ladungszustand und Ionentyp
- Formale Ladung: \(+1\).
- Iontyp: einfaches Oxykation (Dioxostickstoff(1+)).
Nitronium ist ein geschlossenes Schalen-Kation und kein Radikal; es verhält sich als klassisches Elektrophil/Lewis-Säure. In kondensierten Phasen liegt es normalerweise als Gegenionenpaar (Salze) oder als stark solvatisiertes Ion in sauren Medien vor.
LogP und Polarität
Kein experimentell ermittelter Wert für diese Eigenschaft liegt im aktuellen Datenkontext vor.
Qualitativ ist Nitronium aufgrund seiner formalen positiven Ladung und geringen Größe extrem polar. Als Ion zeigt es vernachlässigbare intrinsische Verteilung in unpolare Phasen; die Lipophilie wird in der Praxis vom Gegenion und Lösungsmittelumgebung gesteuert (beispielsweise kann Nitronium in organischen Medien als Ionpaar mit großen, schlecht koordinierenden Anionen übertragen werden).
Strukturelle Identifikatoren (SMILES, InChI)
- SMILES: N+=O
- InChI: InChI=1S/NO2/c2-1-3/q+1
- InChIKey: OMBRFUXPXNIUCZ-UHFFFAOYSA-N
Der kanonische SMILES- und InChI-Code repräsentiert das lineare Dioxidkation; diese Identifikatoren eignen sich für strukturbezogene Suchanfragen und eine eindeutige maschinelle Darstellung des Ions.
Säure-Base-Verhalten
Konjugierte Säure und Speziation
Als kationische Spezies besitzt Nitronium keinen konventionellen Deprotonierungs-pKa-Wert; sein Säure-Base-Verhalten wird eher durch seine Lewis-Säureeigenschaften und durch Gleichgewichte beschrieben, die es mit anderen Stickstoff-Sauerstoff-Spezies umwandeln. In protischen oder basischen Medien wird Nitronium schnell durch Nukleophile (einschließlich Wasser) deaktiviert und in Salpetersäure oder andere Stickstoffoxide umgewandelt. Unter stark sauren, dehydratisierenden Bedingungen (z. B. Mischungen, die Wasser aus Salpetersäure entfernen) wird Nitronium erzeugt und kann vorübergehend als freies Elektrophil oder als Salz mit nicht-nukleophilen Anionen vorliegen.
Die Speziation in Lösung hängt daher stark von der Lösungsmittelpolarität, Wasseraktivität und der Natur des Gegenions oder Mediums ab; isolierte kristalline Salze mit nicht koordinierenden Anionen stellen die stabilsten kondensierten Formen dar.
Säure-Base-Gleichgewichte und qualitative pKa-Diskussion
Kein experimentell ermittelter Wert für diese Eigenschaft liegt im aktuellen Datenkontext vor.
Qualitativ fungiert Nitronium als stark elektrophile Spezies und nicht als Brønsted-Säure oder -Base im üblichen Sinn. Seine Bildung aus Salpetersäure erfolgt über Protonierungs-/Dehydratisierungswege unter stark sauren Bedingungen; andererseits führen Protonenübertragung und hydrolytische Reaktionen im Beisein protischer Nukleophile zu schnellem Abbau von Nitronium.
Chemische Reaktivität
Chemische Stabilität
Nitronium ist von Natur aus reaktiv und typischerweise gegenüber Nukleophilen und Feuchtigkeit instabil. Es ist ein potentes Elektrophil, das aktivierte aromatische Systeme und andere nukleophile Substrate nitratiert. Die Stabilität steigt, wenn das Kation mit schwach koordinierenden, nicht-nukleophilen Anionen (z. B. bestimmten fluorierten Anionen) gepaart ist und in aprotischen, wasserfreien und wenig nukleophilen Medien oder als Feststoffsalze vorliegt.
Die thermische und oxidative Stabilität von Nitroniumsalzen hängt stark vom Gegenion und Kristallgitter ab; einige Salze sind isolierbar und kristallin, während das freie Ion in Lösung kurzlebig ist, sofern die Umgebung nicht stark dehydratisierend und sauer ist.
Bildungs- und Hydrolysewege
Bildung: - Übliche labormäßige Erzeugung: Dehydratisierungs-/Protonierungschemie in Mischsäuresystemen (z. B. konzentrierte Salpetersäure in Gegenwart einer dehydratisierenden starken Säure) erzeugt Nitronium als das aktive Elektrophil für Nitrierungsreaktionen. - Chemische Isolation: Bildung kristalliner Nitroniumsalze mit nicht koordinierenden Anionen liefert isolierbare Quellen des Kations für präparative Anwendungen.
Hydrolyse / Abbau: - Nitronium reagiert mit Wasser und anderen Nukleophilen; eine typische hydrolytische Reaktion ist die Umwandlung zu Salpetersäure und einem Proton, z. B. \(\mathrm{NO}_2^{+} + \mathrm{H}_2\mathrm{O} \rightarrow \mathrm{HNO}_3 + \mathrm{H}^{+}\). - Reaktionen mit organischen Nukleophilen führen typischerweise zu Nitrierung oder oxidativen Transformationen, abhängig von Substrat und Bedingungen.
Diese Bildungs- und Zerstörungswege erklären die Rolle von Nitronium als Elektrophil in der industriellen und laborchemischen Nitrierung und verdeutlichen die Notwendigkeit anhydrer, kontrollierter Bedingungen beim Umgang mit der Spezies oder ihren Salzen.
Identifikatoren und Synonyme
Registernummern und Codes
- CAS-Nummer: 10102-44-0
- ChEBI ID: CHEBI:29424
- Nikkaji-Nummer: J2.460.898K
- Wikidata: Q418329
- InChIKey: OMBRFUXPXNIUCZ-UHFFFAOYSA-N
Diese Registereinträge und Identifikatoren entsprechen dem nitronium-Ion und den zugehörigen Nomenklaturdatensätzen.
Synonyme und Strukturnamen
Häufige Synonyme und alternative Bezeichnungen sind unter anderem: - Nitronium - Dioxidonitrogen(1+) - Nitronium-Ion - Nitryl-Kation - NO2+ - (NO2)(+) - Oxoazanoxid #
Diese Synonyme spiegeln sowohl systematische als auch triviale Nomenklaturen für die \(\mathrm{NO}_2^{+}\)-Spezies wider.
Industrielle und kommerzielle Anwendungen
Rolle als Wirkstoff oder Zwischenprodukt
Nitronium (als aktives Elektrophil) ist zentral für die Nitrierungschemie: Es ist die reaktive Spezies, die Nitro-Funktionalgruppen in aromatische und bestimmte aliphatische Substrate einführt. In der Praxis wird Nitronium als Zwischenprodukt in der Herstellung nitroaromatischer Zwischenprodukte für Farbstoffe, Arzneimittel, Agrochemikalien und Sprengstoffe verwendet oder erzeugt. Isolierbare Nitroniumsalze mit nicht koordinierenden Anionen werden als handliche, lagerfähige Nitrierreagenzien oder elektrophile Aktivatoren in der synthetischen Chemie eingesetzt.
Repräsentative Anwendungskontexte
- Elektrophile aromatische Nitrierung in der Feinchemie und der Prozesschemie, typischerweise in situ aus Säuremischungen generiert oder als Nitroniumsalz bereitgestellt.
- Herstellung nitro-funktionalisierter Zwischenprodukte für weitere synthetische Umsetzungen (Reduktion, Substitution oder andere Transformationen).
- Forschungsanwendungen, die ein gut definiertes, starkes Elektrophil oder Lewis-Säure-Katalysator in aprotischen, nicht nukleophilen Medien erfordern.
Sofern in einer spezifischen Liefervereinbarung keine kurze Anwendungsübersicht enthalten ist, erfolgt die Auswahl von Nitroniumquellen üblicherweise basierend auf der benötigten Reaktivität, dem Einfluss des Gegenions und der Kompatibilität mit den nachfolgenden Prozessbedingungen.
Sicherheits- und Handhabungsübersicht
Toxizität und biologische Wirkungen
Nitronium und seine Salze sind ätzend und können bei Kontakt mit Haut, Augen und Schleimhäuten schwere chemische Verätzungen verursachen. Das Ion und viele seiner Salze sind starke Oxidationsmittel und reagieren exotherm mit Wasser und organischen Materialien; das Einatmen von Aerosolen oder Sprühnebel ist gefährlich. Expositionsschutzmaßnahmen sollten die Vermeidung des Kontakts, effektive Belüftung und die Verwendung geeigneter persönlicher Schutzausrüstung (chemikalienbeständige Handschuhe, Augenschutz, Gesichtsschutz, Schutzkleidung sowie geeigneter Atemschutz, wenn luftgetragene Konzentrationen nicht ausgeschlossen werden können) priorisieren.
Für quantitative toxikologische Kennwerte (LD50, Arbeitsplatzgrenzwerte) konsultieren Sie bitte produktspezifische Sicherheitsdokumentationen; solche numerischen Werte werden hier nicht angegeben.
Lagerung und Handhabung
- Lagern Sie Nitroniumsalze und Nitronium-erzeugende Reagenzien unter trockener, inerten Atmosphäre und in Behältern, die mit starken Säuren und Oxidationsmitteln kompatibel sind.
- Vermeiden Sie Kontakt mit Feuchtigkeit, Reduktionsmitteln, organischen brennbaren Stoffen und inkompatiblen Materialien; führen Sie Handhabungen in Abzügen oder geschlossenen Systemen durch, die für ätzende, oxidierende Reagenzien ausgelegt sind.
- Verwenden Sie Sekundärbehälter und Temperaturkontrolle, um eine unkontrollierte Hydrolyse oder exotherme Reaktionen zu verhindern.
- Entsorgen Sie Abfälle und neutralisierte Rückstände gemäß den örtlich geltenden Vorschriften und institutionellen Verfahren.
Für detaillierte Gefahren-, Transport- und Regulierungsinformationen sollten Anwender das produktspezifische Sicherheitsdatenblatt (SDS) sowie die örtliche Gesetzgebung zu Rate ziehen.
