Анилин

Анилин — это органическое соединение, простейший ароматический амин, представляющий собой бесцветную маслянистую жидкость с характерным запахом. Химическая формула — C₆H₅NH₂. Анилин является одним из важнейших продуктов органического синтеза, широко используется в производстве красителей, полимеров, взрывчатых веществ, лекарственных препаратов и пестицидов. В промышленных масштабах получают преимущественно каталитическим гидрированием нитробензола.

История открытия

Впервые анилин был получен в 1826 году немецким химиком Отто Унфердорбеном при сухой перегонке индиго. Он назвал полученное вещество «кристаллин» (Krystallin) за способность образовывать кристаллические соли. В 1834 году немецкий химик Фридлиб Фердинанд Рунге выделил анилин из каменноугольной смолы и дал ему название «цианол» (Cyanol) из-за синего окрашивания при реакции с хлорной известью.

Современное название «анилин» происходит от португальского слова «anil» (индиго) — растения, из которого первоначально получали это соединение. В 1840 году русский химик Николай Николаевич Зинин разработал метод восстановления нитробензола в анилин с помощью сероводорода, что стало первым промышленным способом синтеза. В 1842 году Зинин опубликовал работу «О продуктах разложения азобензида и о нитробензоле», положившую начало промышленному производству анилина. Реакция Зинина (восстановление нитробензола) до сих пор остаётся основным способом получения анилина в промышленности.

Физические и химические свойства

Физические свойства

Анилин представляет собой бесцветную маслянистую жидкость, которая на воздухе окисляется и приобретает жёлто-коричневую окраску. Основные физические параметры:

• Молекулярная масса: 93,13 г/моль
• Температура плавления: −6,3 °C
• Температура кипения: 184,4 °C
• Плотность: 1,022 г/см³ (при 20 °C)
• Показатель преломления: 1,5863
• Растворимость: ограниченно растворим в воде (3,4 г/100 мл при 20 °C), хорошо растворим в органических растворителях (этанол, диэтиловый эфир, ацетон, бензол)

Химические свойства

Анилин проявляет свойства как амина, так и ароматического соединения. Основные химические реакции:

Основные свойства. Анилин — слабое основание (pKa конъюгированной кислоты составляет 4,6). С сильными кислотами образует соли — анилиний-катионы (например, хлорид анилиния C₆H₅NH₃Cl).

Реакции по аминогруппе:

• Ацилирование (реакция с уксусным ангидридом даёт ацетанилид)
• Алкилирование (образование вторичных и третичных аминов)
• Взаимодействие с азотистой кислотой (диазотирование — образование солей диазония)

Реакции по ароматическому кольцу:

• Электрофильное замещение (галогенирование, нитрование, сульфирование) протекает преимущественно в орто- и пара-положения из-за активирующего влияния аминогруппы
• Окисление (приводит к образованию сложных окрашенных продуктов — анилиновый чёрный)

Способы получения

Промышленный синтез

Основной промышленный метод получения анилина — каталитическое гидрирование нитробензола. Процесс проводят в газовой или жидкой фазе при температуре 200–300 °C и давлении 1–10 МПа в присутствии катализаторов (медь, никель, платина, палладий на носителях). Реакция:

C₆H₅NO₂ + 3H₂ → C₆H₅NH₂ + 2H₂O

Выход анилина составляет 95–99%. Альтернативные промышленные методы:

• Восстановление нитробензола железом в кислой среде (метод Бешана — устаревший, но применяется в некоторых производствах)
• Аммонолиз хлорбензола (реакция с аммиаком при высоких температурах и давлении)
• Гидроаминирование фенола (реакция с аммиаком в присутствии катализатора)

Лабораторные методы

• Восстановление нитробензола цинком в соляной кислоте
• Восстановление нитробензола сульфидом аммония (реакция Зинина)
• Восстановление нитробензола оловом в соляной кислоте

Применение

Производство красителей

Анилин является ключевым сырьём для синтеза азокрасителей — крупнейшего класса синтетических красителей. Через реакцию диазотирования и азосочетания из анилина получают сотни различных красителей для текстильной, кожевенной, бумажной и полиграфической промышленности. Анилиновый чёрный используется для окрашивания хлопчатобумажных тканей.

Полимерная промышленность

Анилин применяется для производства полиуретанов, эпоксидных смол и формальдегидных смол. Полианилин, получаемый окислительной полимеризацией анилина, является электропроводящим полимером, используемым в электронике, аккумуляторах и антикоррозионных покрытиях.

Фармацевтическая промышленность

Анилин служит исходным сырьём для синтеза многих лекарственных препаратов:

• Парацетамол (ацетаминофен) — получают из анилина через ацетанилид
• Сульфаниламидные препараты (стрептоцид, сульфадимезин)
• Антипирин (жаропонижающее средство)
• Местные анестетики (новокаин, лидокаин)

Производство взрывчатых веществ

Из анилина получают тротил (тринитротолуол) — одно из наиболее распространённых взрывчатых веществ. Процесс включает нитрование анилина до динитроанилина с последующим восстановлением в толуилендиамин и дальнейшим нитрованием.

Сельское хозяйство

Анилин используется в производстве гербицидов, инсектицидов и фунгицидов. Некоторые производные анилина (например, алифатические амины) применяются как регуляторы роста растений.

Резинотехническая промышленность

Анилин и его производные (ацетанилид, N-фенил-β-нафтиламин) используются как антиоксиданты (стабилизаторы) в производстве резины для предотвращения старения каучука.

Токсикология и безопасность

Анилин является токсичным веществом. Основные пути воздействия: ингаляционный (пары), пероральный и через кожу (всасывается через неповреждённые кожные покровы).

Острое отравление. Характеризуется поражением центральной нервной системы, образованием метгемоглобина в крови (нарушение транспорта кислорода), что приводит к цианозу (синюшности кожных покровов), головной боли, слабости, одышке. Тяжёлые отравления могут привести к коме и смерти.

Хроническое воздействие. При длительном контакте с анилином возможно поражение печени, почек, селезёнки, развитие анемии, поражение нервной системы. Анилин отнесён к потенциальным канцерогенам (группа 2B по классификации Международного агентства по изучению рака).

Меры безопасности. Предельно допустимая концентрация (ПДК) анилина в воздухе рабочей зоны составляет 0,1 мг/м³. При работе с анилином необходимо использовать средства индивидуальной защиты: резиновые перчатки, защитные очки, респираторы с фильтрами по органическим парам, вентилируемые помещения. При попадании на кожу — немедленно смыть большим количеством воды с мылом.

Экологические аспекты

Анилин является загрязнителем окружающей среды. Он поступает в атмосферу и сточные воды предприятий химической, текстильной и фармацевтической промышленности. В водной среде анилин медленно разлагается, обладает токсичностью для водных организмов (рыбы, водоросли, дафнии). В почве анилин может мигрировать в грунтовые воды. Для очистки сточных вод от анилина применяют биологическую очистку (активный ил), адсорбцию активированным углём, химическое окисление (озонирование, пероксид водорода).

Интересные факты

• В 1856 году английский химик Уильям Генри Перкин, пытаясь синтезировать хинин, случайно получил из анилина первый синтетический краситель — мовеин (анилиновый пурпурный). Это открытие положило начало промышленности синтетических красителей.
• Анилин использовался в качестве компонента ракетного топлива (в смеси с азотной кислотой) в некоторых ракетных двигателях.
• В XIX веке анилиновые красители были настолько популярны, что их называли «анилиновыми цветами» и использовали не только для окрашивания тканей, но и в пищевой промышленности, пока не были выявлены их токсические свойства.
• Анилин является одним из немногих органических соединений, которые могут быть получены как из нефти, так и из каменноугольной смолы.

Источники

1. Химическая энциклопедия: в 5 т. — М.: Большая российская энциклопедия, 1988–1998. — Т. 1.
2. Кнунянц И. Л. (ред.) Краткая химическая энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия, 1961–1967.
3. Петров А. А., Бальян Х. В., Трощенко А. Т. Органическая химия. — М.: Высшая школа, 1981.
4. Вредные вещества в промышленности: Справочник для химиков, инженеров и врачей. — Л.: Химия, 1976.
5. Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. — Wiley-VCH, 2003. — Vol. 3.