Nitrometano: sintesi, reazioni, usi

Il nitrometano ha formula CH3NO2 ed è il semplice dei nitrocomposti. Si presenta come un liquido oleoso, poco solubile in acqua e solubile in acetone, etere etilico e etanolo.

Il nitrometano è più esplosivo del TNT e, insieme al nitrato di ammonio e al nitrato di metilammonio, forma una miscela esplosiva che fu utilizzata nell’attentato di Oklahoma City nel 1995 che provocò la morte di 168 persone e la cui esplosione fu avvertita a 89 km di distanza.

La struttura del nitrometano presenta separazione di cariche infatti l’azoto ha una carica positiva e uno dei due atomi di ossigeno ha una carica negativa ed è pertanto stabilizzato per risonanza.

Gli α-idrogeni dei nitroalcani e pertanto del nitrometano  per l’effetto elettron-attrattore del nitrogruppo sono sufficientemente acidi. Essi possono reagire con le basi come NaOH e KOH. Il pKa del nitrometano è infatti pari a 10.2. Questa acidità è dovuta alla stabilizzazione dell’anione risultante in quanto la carica negativa può essere delocalizzata nel gruppo nitro.

nitrometano da Chimicamo
nitrometano

Il nitrometano presenta una tautomeria simile a quella cheto-enolica tipica dei composti carbonilici ovvero la tautomeria aci-nitro

 

Sintesi

In laboratorio il nitrometano è ottenuto facendo reagire il cloroacetato di sodio con una soluzione acquosa di nitrito di sodio per avere il nitroacetato di sodio:
ClCH2COONa + NaNO2→ O2NCH2COONa + NaCl

A una temperatura di 2.80 °C il nitroacetato di sodio dà luogo alla formazione di nitrometano.

A livello industriale in nitrometano è ottenuto dalla reazione esotermica tra propano e acido nitrico alla temperatura di 350-450 °C. La reazione, che avviene con meccanismo radicalico, porta alla formazione oltre che del nitrometano anche a quella di nitroetano, 1-nitropropano e 2-nitropropano.

Reazioni

Il nitrometano è utilizzato nell’ambito delle sintesi organiche nelle reazioni di condensazione analoghe a quelle dei composti carbonilici con formazione di un nuovo legame carbonio-carbonio.

Come tutti i nitrocomposti in cui è presente un idrogeno in α al nitrogruppo, in ambiente basico, a seguito della deprotonazione, lo ione reagisce con il gruppo carbonilico di aldeidi e chetoni. Si formano, a seguito di acidificazione beta-idrossinitrocomposti che, a seguito di disidratazione, danno luogo, secondo la reazione di Henry a composti nitro α,β-insaturi.

A causa della elevata energia di legame il nitrometano è una molecola altamente energetica e pertanto sono stati compiuti numerosi studi sulla sua pirolisi a cui sono accompagnati svariati meccanismi.

Uno di questi inizia con la scissione omolitica del legame carbonio-azoto:

CH3NO2 → CH3· + NO2·

A seguito della formazione dei due radicali alla temperatura di 400-500 °C si possono verificare una serie di reazioni:

CH3· + NO2· → CH3O· + NO·
CH3NO2 + CH3· → CH4 + CH2NO2·
CH3· + NO· → HCN + H2O
CH3· + NO2· → CH3NO
CH3O· + NO· → CH2O + HNO

Queste e altre reazioni di propagazione e di terminazione spiegano come, a seguito di pirolisi, si ottengano numerose sostanze e, in particolare NO, CO, N2, NO2, HCN e H2O.

Il nitrometano, a causa del suo alto contenuto di ossigeno, viene usato come combustibile in modelli radiocomandati e in veicoli da competizione essendo in grado di bruciare con l’ossigeno a una pressione inferiore a quella atmosferica secondo la reazione:
4 CH3NO2 + 5 O2 → 4 CO2 + 6 H2O + 4 NO

Il nitrometano può essere usato anche quale monopropellente in quanto, in presenza di un opportuno catalizzatore, dà luogo a decomposizione con produzione di gas caldo secondo la reazione:
2 CH3NO2 → 2 CO + 2 H2O + H2 + N2

Usi

Esso è utilizzato come solvente, nella produzione di prodotti farmaceutici, pesticidi, fibre e rivestimenti.

Il nitrometano è usato come stabilizzante di solventi clorurati utilizzati nel lavaggio a secco e come solvente di cianoacrilati presenti nella super colla

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