ニトロニウム (10102-44-0) の物理的・化学的性質

化学プロファイル

ニトロニウム

強力な求電子性のNO2+種で、通常は安定化された塩として供給され、制御されたニトロ化や工程化学用途に使用されます。

CAS番号	10102-44-0
ファミリー	ニトロニウムイオン (NO2+)
典型的な形態	結晶塩または溶液中で安定化
一般的なグレード	EP

合成および工程化学における求電子ニトロ化および関連反応の強力な求電子剤として使用されます。研究開発、工程開発、特殊製造において用いられます。調達および品質保証は塩形態、純度および安定性に注力しており、供給者は通常、調製、スケールアップおよび品質管理を支援する仕様書およびロット証明書付きのEPグレード材料を提供しています。

ニトロニウムは、窒素－酸素クラスの小さな無機オキソカチオンであり、構造的には二酸化窒素カチオン（\(\mathrm{NO}_2^{+}\)）です。このイオンは形式的に二酸化炭素と同電子で、直線型のO–N–O構造を持ち、二つの等価なN=O結合と窒素－酸素骨格に局在する正電荷を有します。電子構造は窒素と酸素間の強いπ結合によって支配され、窒素中心の高い求電子性が特徴です。二つの酸素原子は非共有電子対受容部位を提供しますが、全体としては水素結合ドナーを持たない+1価のカチオン種です。

電荷を持つ非中性種であるため、ニトロニウムは非常に極性が高く、通常は安定化された塩または強酸性媒体中で溶媒和されたイオンとして存在し、自由な中性種としてはほとんど見られません。強力な求電子剤であり、強いルイス酸として作用します。芳香族求電子置換反応（ニトロ化）を容易に進行させ、求核剤、水および塩基性基質と反応します。プロトン性溶媒中での加水分解や溶媒和により、速やかに窒素酸化物や酸素酸に変換されます。逆に、脱水性の強い酸性条件（例えば混酸系）においては現場で生成されるか、非求核性のカウンターイオンを持つ塩として単離され、ニトロ化試薬として使用されます。

この物質の一般的な商用グレードにはEPが含まれます。

分子パラメーター

分子量および分子式

分子式: \(\mathrm{NO}_2^{+}\)（NO2+として報告）。
分子量: 46.006 \(\mathrm{g}\,\mathrm{mol}^{-1}\)。
正確質量 / 単一同位体質量: 45.992903243 (原子質量単位)。

小さな分子量およびコンパクトな三原子構造は高い電荷密度と一致し、強い溶媒和、低い本質的脂溶性、イオン格子または超酸性溶液中での高い移動性に寄与しています。

電荷状態およびイオンタイプ

形式的電荷: \(+1\)。
イオンタイプ: 単純オキソカチオン（ジオキソ窒素(1+)）。

ニトロニウムはラジカルではなく閉殻カチオンであり、古典的な求電子剤・ルイス酸として振る舞います。凝縮相では通常、対イオンペア（塩）または酸性媒体中で強く溶媒和されたイオンとして存在します。

LogPおよび極性

現行のデータベースにはこの性質の実験的に確立された値はありません。

定性的には、ニトロニウムは形式的な正電荷と小さい分子サイズによって非常に極性が高いです。イオンであるため非極性相への本質的な分配はほとんどありません。脂溶性は実際にはカウンターイオンおよび溶媒和環境（例えば有機媒体中では大きく調整性の低い陰イオンとのイオンペアとして転移可能）によって制御されます。

構造的識別子（SMILES、InChI）

SMILES: N+=O
InChI: InChI=1S/NO2/c2-1-3/q+1
InChIKey: OMBRFUXPXNIUCZ-UHFFFAOYSA-N

正準SMILESおよびInChIは直線状のジオキソカチオンを表し、これらの識別子は構造ベースの検索およびイオンの機械表現に適しています。

酸塩基挙動

共役酸および種の存在形態

カチオン種であるニトロニウムは従来の脱プロトン化pKaを持ちません。その酸塩基挙動はルイス酸性および他の窒素酸素種との平衡状態で記述されます。プロトン性または塩基性媒体中ではニトロニウムは求核剤（水を含む）によって速やかに消去され、硝酸または他の窒素酸化物に転換されます。強酸性かつ脱水的な環境（例えば硝酸から水を除去する混酸系）ではニトロニウムが生成され、一時的に自由な求電子剤または非求核陰イオンと対をなす塩として存在可能です。

溶液中の種の存在形態は溶媒の極性、水活性、および対イオンや媒体の性質に大きく依存します。非配位性陰イオンを持つ単離結晶塩は最も安定した凝縮相形態を提供します。

酸塩基平衡および定性的pKaに関する議論

現行のデータではこの性質の実験的確立値は存在しません。

定性的には、ニトロニウムは通常の意味でのブレンステッド酸または塩基よりも、強力な求電子種として機能します。硝酸からの生成は強酸性条件下のプロトン化/脱水経路を含みます。逆にプロトン移動や加水分解反応は、プロトン性求核剤存在下で速やかにニトロニウムを消去します。

化学的反応性

化学的安定性

ニトロニウムは本質的に反応性が高く、通常は求核剤や水分に不安定です。強力な求電子剤として活性化芳香族やその他の求核性基質のニトロ化を容易に進行させます。カチオンが弱い配位性かつ非求核性陰イオン（例：特定のフッ素化陰イオン）と対になっている場合、または非プロトン性、無水、低求核性媒体や固体塩として存在する場合は安定性が向上します。

ニトロニウム塩の熱的および酸化的安定性は対イオンおよび結晶格子に大きく依存します。いくつかの塩は単離可能かつ結晶性ですが、溶液中の自由イオンは強い脱水かつ酸性な環境でなければ寿命が短いです。

生成および加水分解経路

生成: - 一般的な実験室内生成法：混酸系における脱水/プロトン化化学反応（例えば、脱水性強酸存在下の濃硝酸）により、ニトロ化反応用の活性求電子剤としてニトロニウムが生成されます。 - 化学的単離: 非配位性陰イオンと結晶性ニトロニウム塩を形成することで、調製用カチオン源として単離可能です。

加水分解 / 消去: - ニトロニウムは水や他の求核剤と反応します。代表的な加水分解反応は硝酸およびプロトンへの変換であり、例として \(\mathrm{NO}_2^{+} + \mathrm{H}_2\mathrm{O} \rightarrow \mathrm{HNO}_3 + \mathrm{H}^{+}\) があります。 - 有機求核剤との反応は、一般に基質や条件に依存してニトロ化または酸化変換を引き起こします。

これらの生成および分解経路は工業的・実験室的なニトロ化化学における求電子剤としてのニトロニウムの役割を裏付けており、種やその塩を取り扱う際の無水かつ制御された条件の必要性を説明しています。

識別子および同義語

登録番号およびコード

CAS番号: 10102-44-0
ChEBI ID: CHEBI:29424
日化協番号: J2.460.898K
Wikidata: Q418329
InChIKey: OMBRFUXPXNIUCZ-UHFFFAOYSA-N

これらの登録エントリーおよび識別子はニトロニウムイオン種および関連する命名記録に対応しています。

同義語および構造名

報告されている一般的な同義語および別名には以下が含まれます： - ニトロニウム - 二酸化窒素(1+) - ニトロニウムイオン - ニトリルカチオン - NO2+ - (NO2)(+) - オキサザンオキシド #

これらの同義語は、\(\mathrm{NO}_2^{+}\)種に対する系統名および慣用名の両方を反映しています。

工業的および商業的用途

原薬または中間体としての役割

ニトロニウム（活性求電子種として）は硝酸化学の中心的存在であり、芳香族および特定の脂肪族基質にニトロ基を導入する反応で反応性種として機能します。実際には、ニトロニウムは染料、医薬品、農薬およびエネルギー材料用のニトロ芳香族中間体の製造において中間体として用いられるか生成されます。非配位アニオンを持つ分離可能なニトロニウム塩は、合成化学において利便性の高い保存可能な硝酸化試薬または求電子活性化剤として使用されます。

代表的な応用事例

主に酸混合物からインサイチュで生成されるか、ニトロニウム塩試薬として提供される精密化学およびプロセス化学における求電子芳香族硝酸化反応。
還元、置換またはその他の変換のためのさらなる合成展開用ニトロ官能化中間体の調製。
無水、非求核性媒体中で定義の明確な強力求電子種またはルイス酸触媒を必要とする研究用途。

特定の供給仕様に簡潔な応用概要が記載されていない場合、ニトロニウム源の選択は通常、必要な反応性、対イオンの影響、および下流のプロセス条件との適合性に基づいて行われます。

安全性および取り扱いの概要

毒性および生物学的影響

ニトロニウムおよびその塩は腐食性があり、皮膚、眼および粘膜に接触すると重篤な化学熱傷を引き起こすことがあります。このイオンおよび多くの塩は強力な酸化剤であり、水や有機物と発熱反応を起こします。エアロゾルやミストの吸入は危険です。曝露管理は接触の遮断、効果的な換気、および適切な個人防護具（耐化学薬品手袋、眼保護具、フェイスシールド、防護服および空中濃度が排除できない場合は適切な呼吸用保護具）の使用を優先すべきです。

定量的毒性指標（LD50、職業曝露限界）については製品固有の安全資料を参照してください。ここでは数値は提供していません。