Бензолдиамин: свойства и изомеры¶

Бензолдиамин (диаминобензол, фенилендиамин) — органическое соединение класса ароматических диаминов с брутто-формулой C₆H₄(NH₂)₂. Представляет собой производное бензола, в котором два атома водорода замещены аминогруппами. Молярная масса составляет 108,14 г/моль. Вещество существует в виде трёх изомеров, различающихся взаимным расположением аминогрупп в бензольном кольце: орто-, мета- и пара-фенилендиамина. Все они при нормальных условиях представляют собой твёрдые кристаллические вещества, хорошо растворимые в полярных органических растворителях и умеренно — в воде.

¶Изомеры и номенклатура

Положение аминогрупп в бензольном кольце определяет физические и химические свойства изомера. Согласно правилам ИЮПАК, соединения называют бензол-1,2-диамином, бензол-1,3-диамином и бензол-1,4-диамином.

Наибольшее промышленное значение имеют мета- и пара-изомеры, тогда как орто-изомер применяется в более узких областях.

¶Физические свойства

Все три изомера — кристаллические вещества от белого до светло-коричневого цвета, темнеющие на воздухе из-за окисления. Они обладают характерным запахом, токсичны, при попадании на кожу и слизистые оболочки вызывают раздражение. Благодаря наличию двух аминогрупп соединения проявляют основные свойства и образуют соли с кислотами. Растворимость в воде повышается при нагревании и в присутствии кислот.

¶Химические свойства

Бензолдиамины вступают в реакции, характерные для ароматических аминов. Аминогруппы способны к ацилированию, алкилированию и диазотированию. Наличие второй аминогруппы усиливает электронодонорные свойства кольца, что облегчает реакции электрофильного замещения. При окислении образуются окрашенные продукты — хинонимины и хиноны, что лежит в основе использования этих соединений в качестве проявляющих агентов и реагентов-индикаторов.

Важное свойство — способность к поликонденсации и сополимеризации. Именно на реакциях аминогрупп с дикарбоновыми кислотами и их производными основан синтез полиамидов и полиимидов.

¶Получение

Основной промышленный метод получения — восстановление соответствующих динитробензолов. В качестве восстановителей применяют железо в кислой среде, каталитическое гидрирование на никелевых или палладиевых катализаторах, а также сульфид натрия. Орто-фенилендиамин часто получают восстановлением орто-нитроанилина. Методы различаются по выходу, стоимости и экологичности; современные производства ориентированы на каталитическое гидрирование, снижающее количество сточных вод.

¶Применение

¶Пара-фенилендиамин

ПФДА — ключевое сырьё для производства красителей, в частности для синтеза азокрасителей и сернистых красителей. Значительная часть пара-фенилендиамина расходуется на изготовление полимеров: при поликонденсации с терефталевой кислотой образуется поли-пара-фенилентерефталамид (арамид), известный под торговыми марками кевлар и тварон. Эти волокна отличаются высокой прочностью и термостойкостью и применяются в бронежилетах, композитах, канатах и защитной одежде.

Кроме того, ПФДА и его производные используются как компоненты проявляющих растворов в цветной фотографии и как антиоксиданты в резинотехнических изделиях.

¶Мета-фенилендиамин

МФДА применяется для получения азокрасителей, а также как отвердитель эпоксидных смол. Он служит мономером в синтезе термостойких полимеров, в том числе полиимидов и полибензимидазолов, используемых в авиационной и электронной промышленности. Мета-изомер также входит в состав некоторых средств защиты растений и фармацевтических препаратов.

¶Орто-фенилендиамин

ОФДА используется как реагент в аналитической химии, в частности для фотометрического определения селена и некоторых металлов. Он применяется в синтезе гетероциклических соединений — бензимидазолов и хиноксалинов, многие из которых обладают биологической активностью.

¶Биологическое и токсикологическое значение

Бензолдиамины относятся к токсичным и потенциально канцерогенным веществам. Пара-фенилендиамин и его производные способны вызывать аллергические дерматиты, а при длительном контакте рассматриваются как фактор риска для здоровья. Производственные процессы с их участием требуют соблюдения мер безопасности: вентиляции, использования средств индивидуальной защиты, контроля предельно допустимых концентраций в воздухе рабочей зоны.

¶Значение в промышленности

Совокупный мировой объём производства фенилендиаминов измеряется сотнями тысяч тонн в год. Наибольшую долю занимает пара-изомер, спрос на который определяется развитием производства высокопрочных волокон и красителей. Мета-изомер востребован в электронике и авиастроении благодаря термостойким полимерам. Орто-изомер выпускается в меньших количествах и ориентирован на тонкий органический синтез и аналитические применения.