Acetylnitrat

Strukturformel
Strukturformel von Acetylnitrat
Allgemeines
Name	Acetylnitrat
Summenformel	C2H3NO4
Kurzbeschreibung	farblose Flüssigkeit<ref name="eEROS">Acetyl Nitrate. In: e-EROS Encyclopedia of Reagents for Organic Synthesis. John Wiley and Sons, 1999–2013, abgerufen am 8. August 2013.</ref>
Externe Identifikatoren/Datenbanken
CAS-Nummer Vorlage:CASRN ECHA-InfoCard PubChem 11557 ChemSpider 11069 DrugBank Wikidata [[:d:|]]
Eigenschaften
Molare Masse	105,05 g·mol−1
Aggregatzustand	flüssig<ref name="eEROS" />
Dichte	1,24 g·cm−3<ref name="eEROS" />
Siedepunkt	22 °C (70 Torr)<ref name="Pictet" /><ref name="eEROS" />
Löslichkeit	löslich in Acetonitril, Methylenchlorid<ref name="eEROS" />
Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung keine Einstufung verfügbar<ref name="NV">Dieser Stoff wurde in Bezug auf seine Gefährlichkeit entweder noch nicht eingestuft oder eine verlässliche und zitierfähige Quelle hierzu wurde noch nicht gefunden.</ref>
Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen (0 °C, 1000 hPa).

Acetylnitrat ist eine chemische Verbindung aus der Gruppe der gemischten Säureanhydride. In der organischen Synthese wird es als Reagenz für Nitrierungs- und Oxidationsreaktionen verwendet.<ref name="eEROS" />

Geschichte

Eine erste Synthese aus Distickstoffpentoxid und Acetanhydrid wurde im Jahr 1907 von Amé Pictet und E. Khotinsky beschrieben.<ref name="Pictet">A. Pictet, E. Khotinsky: Über Acetylnitrat. in Chem. Ber. 40, 1907, S. 1163–1166, doi:10.1002/cber.190704001172.</ref>

Gewinnung und Darstellung

Die Synthese der Verbindung erfolgt durch die Umsetzung von konzentrierter Salpetersäure mit Acetanhydrid.<ref name="Folsum">H. E. Folsum, J. Castrillon: The Controlled Oxidation of Organic Sulfides to Sulfoxides with the Help of O-Iodosylbenzoic Acid. In: Synth. Commun. 22, 1992, S. 1799–1806, doi:10.1080/00397919208020500.</ref> Andere Synthesevarianten sind die Umsetzung von Salpetersäure mit Keten<ref>Patent DE849405: Verfahren zur Herstellung von Acetylnitrat. Angemeldet am 3. Januar 1952, veröffentlicht am 17. Juli 1952, Anmelder: Farbwerke Hoechst, vormals Meister Lucius & Brüning, Erfinder: Martin Reuter.‌</ref> oder die Reaktion von Acetylchlorid mit Silbernitrat in Acetonitril.<ref>G. A. Olah, H. C. Lin, J. A. Olah, S. C. Narang: Electrophilic and free radical nitration of benzene and toluene with various nitrating agents. In: Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 75, 1978, S. 1045.</ref> Eine Isolierung der Reinsubstanz erfolgt eher nicht, da die frisch hergestellten Lösungen meist als Reagenz eingesetzt werden.<ref name="eEROS" />

Eigenschaften

Die Verbindung ist thermisch instabil und neigt bei Erwärmung zum explosiven Zerfall.<ref name="Pictet" /><ref name="König">W. König: Acetylnitrat-Explosion. In: Angew. Chem. 67, 1955, S. 157, doi:10.1002/ange.19550670508.</ref><ref name="Bretherick">P. G. Urben: Bretherick's Handbook of Reactive Chemical Hazards. 6. Auflage. Vol. 1, Butterworth/Heinemann 1999, S. 283–284.</ref> Eine Explosion kann spontan beim schnellen Erhitzen ab 60 °C erfolgen. Die explosive Zersetzung kann auch an rauen Glasoberflächen initiiert werden. Der Kontakt mit Metalloxiden, wie Quecksilberoxid führt zur Explosion.<ref Name="Roth_Weller CD-ROM">L. Roth, U. Weller-Schäferbarthold: Gefährliche Chemische Reaktionen - Potentiell gefährliche chemische Reaktionen zu über 1750 Stoffen, Eintrag für Acetylnitrat, CD-ROM Ausgabe 8/2021, ecomed Sicherheit Landsberg/Lech, ISBN 978-3-609-48040-4.</ref> Eine Isolierung oder gar Destillation der Verbindung wird nicht empfohlen.<ref name="eEROS" /><ref name="Bretherick" /> Die kontrollierte Thermolyse bei 60 °C führt unter anderem zu Stickoxiden und Tetranitromethan.<ref name="Pictet" /> In den für Nitrierungen angewendeten Mischungen aus Salpetersäure und Acetanhydrid mit einem molaren Überschuss an Acetanhydrid liegt die Verbindung im Gleichgewicht mit den Ausgangsverbindungen und Essigsäure vor.<ref name="eEROS" /><ref name="Gold">V. Gold, E. D. Hughes, C. K. Ingold: Kinetics and mechanism of aromatic nitration. Part V. Nitration by acyl nitrates, particularly by benzoyl nitrate. In: J. Chem. Soc. (Resumed) 1950, S. 2467–2473, doi:10.1039/JR9500002467.</ref>

<chem>HNO3 + (CH3CO)2O <=> CH3COOH + CH3COONO2</chem>

In Mischungen mit einem molaren Überschuss an Salpetersäure wird zusätzlich Distickstoffpentoxid gebildet.<ref name="eEROS" /><ref name="Gold" />

<chem>HNO3 + CH3COONO2 <=> CH3COOH + N2O5</chem>

Mischungen aus Salpetersäure und Acetanhydrid verschiedener Zusammensetzung neigen wegen des enthaltenen Acetylnitrats zu einer stark exothermen, explosionsartig verlaufenden Zersetzung. Die Zersetzungskinetik wurde mittels adiabatischer Kalorimetrie untersucht. Diese Zersetzung ist schon oberhalb von 35 °C relevant, so dass von einer Lagerung solcher Gemische abgeraten werden muss.<ref name="Andreozzi">R. Andreozzi, R. Marotta, R. Sanchirico: Thermal decomposition of acetic anhydride-nitric acid mixtures. In: J. Hazard. Mat. A90, 2002, S. 111–121, doi:10.1016/S0304-3894(01)00356-9.</ref>

Verwendung

Acetylnitrat kann für die elektrophile Nitrierung aromatischer Verbindungen eingesetzt werden. Mit Toluol wird bei Raumtemperatur ein Gemisch aus o-, m- und p-Nitrotoluol im Verhältnis von 60:3:37 erhalten.<ref name="burton">H. Burton, P. F. G. Praill: The structure of acyl nitrates. In: J. Chem. Soc. 1955, S. 729–731, doi:10.1039/JR9550000729.</ref> Biphenyl ergibt die o- bzw. p-Substitutionsprodukte im Verhältnis von 58:42.<ref name="Hayashi">E. Hayashi, K. Inana, T Ishikawa: In: Yakugaku Zasshi. 79, 1959, S. 972.</ref> Die Nitrierung von Naphthalin und Pyren führt zu den 1-Nitroderivaten, während mit 3-Fluoranthracen oder Phenanthren eher die Nitrierung in der 9-Position bevorzugt ist.<ref name="Velichko">L. I. Velichko, O. I. Kachurin, E. Y. Balabanov: In: Ukr. Khim. Zh. (Russ. Ed.) 49, 1983, S. 1293.</ref> CH-acide Verbindungen wie Acetoacetatester können analog nitriert werden.<ref name="Sifniades">S. Sifniades: Nitration of acetoacetate esters by acetyl nitrate. High yield synthesis of nitroacetoacetate and nitroacetate esters. In: J. Org. Chem. 40, 1975, S. 3562–3566, doi:10.1021/jo00912a020.</ref>

Nitrierung von Acetoacetatester mit Acetylnitrat

Nitrierung von Acetoacetatester mit Acetylnitrat

Alkene reagieren mit Acetylnitrat in einer Additionsreaktion unter Bildung von β-Nitroacetaten. Mit Cyclohexen wird das Additionsprodukt 2-Nitrocyclohexylacetat und nach Essigsäureeliminierung 3-Nitrocyclohexen gebildet.<ref name="Bordwell">F. G. Bordwell, E. Garbisch: Nitrations with Acetyl Nitrate. I. The Nature of the Nitrating Agent and the Mechanism of Reaction with Simple Alkenes. In: J. Am. Chem. Soc. 82, 1960, S. 3588–3598, doi:10.1021/ja01499a029.</ref> 4-Methylstilben gibt das entsprechende Additionsprodukt.<ref name="Drefahl1">G. Drefahl, H. Crahmer: Untersuchungen über Stilbene, XV. Die Addition von Acetylnitrat an Stilbene. In: Chem. Ber. 91, 1958, S. 745–750, doi:10.1002/cber.19580910406.</ref><ref name="Drefahl2">G. Drefahl, H. Crahmer: Untersuchungen über Stilbene, XVI. Addition von Acetylnitrat an substituierte Stilbene. In: Chem. Ber. 91, 1958, S. 750–754, doi:10.1002/cber.19580910407.</ref>

Addition von Acetylnitrat an 4-Methylstilben

Addition von Acetylnitrat an 4-Methylstilben

Bei Temperaturen unter 0 °C gelingt die gezielte Oxidation von Thioethern zu den entsprechenden Sulfoxiden.<ref name="Louw">R. Louw, H. P. W. Vermeeren, J. J. A. van Asten, W. J. Ultee: Reaction of sulphides with acyl nitrates; a simple and rapid method for preparing sulphoxides. In: J. Chem. Soc., Chem. Commun. 1976, S. 496–497, doi:10.1039/C39760000496.</ref> Bei der Umsetzung mit Alkoholen können die entsprechenden aliphatischen Nitrate erhalten werden.<ref name="Bonner">T. G. Bonner: Nitration of alcohols at oxygen centres. Part III. The reaction of nitric acid and 2,4-dinitrobenzyl alcohol in acetic anhydride–acetic acid solvent-. In: J. Chem. Soc. 1959, S. 3908–3913, doi:10.1039/JR9590003908.</ref>

Einzelnachweise

<references />