Задача о нитровании алканов
(для решения требуется авторизация)

М.И. Коновалов

Нитроалканы – производные алканов, содержащие одну или несколько нитрогрупп. Нитроалканы широко применяют в качестве растворителей в лаковой промышленности, растворителей в нефтеперерабатывающей промышленности для извлечения аренов. Алифатические углеводороды, в отличие от ароматических, инертны к действию азотной кислоты, и в течение многих лет попытки ввести нитрогруппу в алканы не давали положительных результатов. Только в конце XIX столетия М.И. Коновалову удалось получить нитроалканы прямым нитрованием алканов. 

Под действием концентрированной азотной кислоты или смеси азотной и серной кислот алканы окисляются. Нитрование протекает в случае использования разбавленной азотной кислоты только при нагревании (М.И. Коновалов, 1888 г.):
R-H + HO-NO₂ = R-NO₂ + H₂O 

Скорость реакции невелика и выходы низкие. Лучшие результаты получаются с алканами, содержащими третичные углеродные атомы. Реакция сопровождается образованием полинитросоединений и окислительными процессами.
Практическое значение получили несколько методов нитрования алканов:
1) 40-70%-ной HNO₃ в газовой фазе при 350-400 °С (нитрование по Хэссу, 1936 г.);
2) 50-70%-ной HNO₃ в жидкой фазе при 100-200 °С;
3) тетраоксидом или диоксидом азота в жидкой или газовой фазе.
В промышленности применяется парофазное нитрование – парами азотной кислоты при 250-500 °С. Выбор температуры процесса зависит от длины цепи и строения углеводорода: изобутан реагирует уже при 150 °С, а метан – при 370 °С. Реакция сопровождается крекингом углеводорода, в результате чего образуются мононитроалканы с углеводородной цепью различной длины (деструктивное нитрование). На реакцию нитрования расходуется около 40% азотной кислоты, остальная ее часть действует как окислитель. Поэтому наряду с нитросоединениями образуются также спирты, кетоны и кислоты. Кроме того, образуются и непредельные углеводороды. Реакция нитрования – радикальный процесс.