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2025-11-01T15:08:50Z

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Die Bezeichnung '''Nitroaromaten''' (auch '''Nitroarene''' genannt) umfasst alle organisch-chemischen Verbindungen, die mindestens eine [[Nitrogruppe]] ''unmittelbar'' an einem [[Aromaten|aromatischen]] Molekülgerüst tragen. Die Zugehörigkeit einer Verbindung zur Gruppe der Nitroaromaten ist unabhängig vom Vorhandensein weiterer [[Funktionelle Gruppe|funktioneller Gruppen]] und [[Substituent]]en, sie würde in solchen Fällen mehreren Substanzklassen angehören.<ref name="spektrum.de">Lexikon der Ernährung: [https://www.spektrum.de/lexikon/ernaehrung/nitroaromaten/6399 Nitroaromaten - Lexikon der Ernährung], abgerufen am 17. August 2018</ref>

Diese Substanzklasse lässt sich grob unterteilen in ''einkernige'' Nitroaromaten, deren Grundgerüst nur einen aromatischen Ring besitzt, und ''mehrkernige'' Nitroaromaten, deren aromatisches System aus mindestens zwei Ringen besteht. Eine weitere Unterteilungsmöglichkeit ist die Gruppierung in Mononitroaromaten, Dinitroaromaten, Trinitroaromaten etc., je nach Anzahl der im Molekül vorhandenen Nitrogruppen. Letztere Einteilung steht in engem Bezug zur Reaktivität und Stabilität der Verbindungen.

Der einfachste und bekannteste Vertreter ist das [[Nitrobenzol]], ein einkerniges Mononitroaren.

[[Datei:Nitrobenzen.png|mini|Strukturformel von Nitrobenzol]]

== Synthese ==
Die gängigste Methode der Herstellung von Nitroaromaten ist die direkte [[Nitrierung]] von Aromaten mit Hilfe von [[Nitriersäure]].<ref name="Stefanie Federle, Stefanie Hergesell, Sebastian Schubert" /> Der mechanistische Typ dieser Reaktion ist die [[elektrophile aromatische Substitution]], S<sub>E</sub>(Ar). Ein geeigneter aromatischer Ausgangsstoff wird meist unter Kühlung mit einer Mischung aus [[Konzentration (Chemie)|konzentrierter]] [[Salpetersäure]] und konzentrierter [[Schwefelsäure]] behandelt. Unter sorgfältig kontrollierten Reaktionsbedingungen wird dabei meist nur eine Nitrogruppe in das Molekül eingeführt.

Problematisch ist die Kontrolle der Reaktion bei Verwendung aktivierter Aromaten, z. B. [[Phenole]]n oder [[Phenolether]]n. Bei ungenügender Kühlung kann es hierbei zur mehrfachen Nitrierung kommen. Meist reicht zur Nitrierung aktivierter Aromaten bereits Salpetersäure allein aus.

Deaktivierte Aromaten (z. B. aromatische [[Carbonsäuren]]) dagegen müssen meist mit Nitriersäure oder rauchender Salpetersäure erhitzt werden, um eine Nitrierung zu erreichen.

== Eigenschaften ==
Die Eigenschaften der Nitroaromaten hängen weitgehend von der Struktur des Gesamtmoleküls ab und lassen sich bei der großen Vielfalt der [[Derivat (Chemie)|Derivate]] nicht einheitlich beschreiben. Die Nitrogruppe verleiht dem Molekül aufgrund ihrer Ladungen und der daraus folgenden [[Polarität (Chemie)|Polarität]] ein zusätzliches [[Elektrisches Dipolmoment|Dipolmoment]].<ref name="Stefanie Federle, Stefanie Hergesell, Sebastian Schubert" /> Dennoch sind auch mehrfach nitrierte Aromaten meist nur schlecht wasserlöslich, wenn sie nicht noch weitere polare Gruppen, z. B. [[Hydroxygruppe]]n, tragen.

=== Auswirkungen auf das aromatische System ===
Nitrogruppen sind funktionelle Gruppen mit einem ausgeprägt elektronenziehenden Charakter und üben neben einem [[Induktiver Effekt|induktiven Effekt]] (−I-Effekt) auch einen recht starken [[Mesomerer Effekt|mesomeren Effekt]] (−M-Effekt) auf das aromatische Grundgerüst aus.<ref name="Stefanie Federle, Stefanie Hergesell, Sebastian Schubert">{{Literatur| Autor=Stefanie Federle, Stefanie Hergesell, Sebastian Schubert | Titel=Die Stoffklassen der organischen Chemie Praktisch und kompakt von Studenten erklärt | Verlag=Springer-Verlag | ISBN=978-3-662-54968-1 | Jahr=2017 | Online={{Google Buch | BuchID=Szs1DwAAQBAJ | Seite=172 }} | Seiten=172 }}</ref> Daraus resultieren
* eine Absenkung der [[Ladungsdichte]] im aromatischen System,
* eine geringere Reaktivität des Nitroarens gegenüber [[elektrophil]]en Reagenzien (verglichen mit der Reaktivität des entsprechenden Aromaten ''ohne'' Nitrogruppe),
* eine Regioselektivität zugunsten der [[Substitutionsmuster|''meta'']]-Position(en), relativ zur Nitrogruppe, bei weiterer elektrophiler Substitution am Nitroaren.

=== Explosivität ===
Eine hervorstechende Eigenschaft der mehrfach nitrierten Aromaten ist ihre [[Explosion|Explosivität]], die mit der Anzahl der Nitrogruppen je Molekül steigt. Während Nitrobenzol und die Dinitrobenzole vergleichsweise harmlose Verbindungen sind, können [[Trinitrobenzol]], Tetranitrobenzol und besonders das [[Hexanitrobenzol]] bei Schlag oder Erwärmen sehr heftig explodieren. Diese Eigenschaft rührt daher, dass Nitrogruppen eine Art „internes [[Oxidationsmittel]]“ darstellen. Dadurch reagiert eine Verbindung mit genügend Nitrogruppen relativ zu ihrem Kohlenwasserstoffanteil (=verbrennbarer Anteil der Verbindung) ähnlich einer Mischung aus brennbarer Substanz und brandfördender Substanz, also einer „klassischen“ Explosivmischung (z. B. [[Schwarzpulver]]), jedoch in der Wirkung meist heftiger, da Brennstoff und Sauerstoffträger auf molekularer Ebene „vermischt“ sind.

== Verwendung ==

=== Sprengstoffe ===
Die bereits erwähnte Explosivität mehrfach nitrierter Aromaten macht sie als Sprengstoffe interessant.<ref name="Franz-Xaver Reichl">{{Literatur| Autor=Franz-Xaver Reichl | Titel=Taschenatlas der Toxikologie Substanzen, Wirkungen, Umwelt | Verlag=Georg Thieme Verlag | ISBN=978-3-13-108972-4 | Jahr=2002 | Online={{Google Buch | BuchID=Q3NYoVG1QJgC | Seite=126 }} | Seiten=126 }}</ref> Zu nennen wären hier als Beispiele das [[1,3,5-Trinitrobenzol]] (TNB), das wohl bekannteste 2,4,6-[[Trinitrotoluol]] (TNT), die [[Pikrinsäure]] (2,4,6-Trinitrophenol), das ''N''-Methyl-''N'',2,4,6-tetranitroanilin ([[Tetryl]]) und das 2,2',4,4',6,6'-[[Hexanitrostilben]] (HNS). Pikrinsäure ist besonders in Form ihrer [[Schwermetalle|Schwermetall]][[salze]], z. B. Bleipikrat, sehr schlagempfindlich und wird als [[Initialsprengstoff]] eingesetzt. Das HNS ist ein temperaturbeständiger Sprengstoff, der durch Initialzündung zur Explosion gebracht wird.

=== Duftstoffe ===
Einige künstliche [[Moschus]]duftstoffe gehören ebenfalls zu den Nitroaromaten:<ref name="Toxikologie der Stoffe">{{Literatur| Autor=Toxikologie der Stoffe | Titel=Toxikologie Band 2 - Toxikologie der Stoffe | Verlag=John Wiley & Sons | ISBN=3-527-63555-6 | Jahr=2012 | Online={{Google Buch | BuchID=8K64BwAAQBAJ | Seite=139 }} | Seiten=139 }}</ref>
* [[Moschus-Xylol]] (systematisch: 1-''tert''-Butyl-3,5-dimethyl-2,4,6-trinitro-benzol)
* [[Moschus-Keton]] (systematisch:1-(4-''tert''-Butyl-2,6-dimethyl-3,5-dinitro-phenyl)-ethanon)

Diese Substanzen sind sehr gut fettlöslich. Rückstände dieser Verbindungen wurden in Fischen und in der Muttermilch festgestellt. In einigen Ländern ist die Verwendung dieser Verbindungen stark eingeschränkt.<ref>Moschus Ambrette, Moschus Mosken, und Moschus Tibeten dürfen gemäß {{EU-Verordnung|2009|1223}} nicht mehr in kosmetischen Mitteln eingesetzt werden.</ref><ref>{{Literatur |Autor=M. Uhl, H. P. Hutter, G. Lorbeer |Titel=Polymoschus-Verbindungen in Humanblut II: Humanbiomonitoring von Moschusduftstoffen |Hrsg=[[Bundesministerium für Gesundheit und Frauen]] |Datum=2005-11 |Ort=Wien |Online=[http://www.umweltbundesamt.at/fileadmin/site/umweltthemen/gesundheit/BMGF.Endbericht_Polymoschusverbindungen_in_Humanblut_II.pdf PDF] |ISBN=978-3-900019-71-6 |Kommentar=freier Volltext}}</ref>

=== Arzneimittel ===
[[Datei:Nifedipine Structural Formulae.svg|mini|Nifedipin, in den 1990er Jahren ein [[Blockbuster (Pharmazie)|Blockbuster]] der [[Bayer AG]], ist ein Beispiel für einen Nitroaromaten als Arzneimittel.]]
Während aromatische Nitrogruppen in [[Naturstoffe]]n äußerst selten sind, sind sie in einer Reihe von Arzneimitteln vorhanden, so beispielsweise in dem [[Antikoagulation|Blutgerinnungshemmer]] [[Acenocumarol]], den [[Benzodiazepine]]n [[Loprazolam]], [[Nitrazepam]], [[Clonazepam]], [[Flunitrazepam]] und [[Nimetazepam]], den [[Calciumantagonist]]en [[Nifedipin]], [[Nimodipin]], [[Nitrendipin]], [[Nisoldipin]] und [[Nilvadipin]], den [[COMT-Hemmer]]n [[Entacapon]] und [[Tolcapon]], den [[Chemotherapeutikum|Chemotherapeutika]] [[Flutamid]], [[Nilutamid]], [[Nitracrin]] und [[Rubitecan]], im [[Immunsuppressivum]] [[Azathioprin]], in der Gruppe der [[fungizid]]en und [[bakterizid]]en [[Nitrofurane]], in der Gruppe der [[Nitroimidazole]], in den [[Antibiotikum|Antibiotika]] [[Nitroxolin]], [[Chloramphenicol]], im [[Antiparasitikum]] [[Niridazol]], in den [[Anthelminthikum|Anthelminthika]] [[Niclosamid]], [[Niclofolan]], [[Netobimin]] und [[Oxamniquin]], in den [[Antiprotozoikum|Antiprotozoika]] [[Fexinidazol]], [[Benznidazol]] und [[Nitazoxanid]], im [[Muskelrelaxans]] [[Dantrolen]] und im [[Nichtsteroidales Antirheumatikum|nichtsteroidalen Entzündungshemmer]] [[Nimesulid]].<ref>D. Olender, J. Żwawiak, L. Zaprutko: ''Multidirectional Efficacy of Biologically Active Nitro Compounds Included in Medicines.'' In: ''Pharmaceuticals.'' Band 11, Nummer 2, Mai 2018, {{DOI|10.3390/ph11020054}}, PMID 29844300, {{PMC|6027522}} (Review).</ref>

=== Synthesezwischenprodukte ===
Nitroaromaten lassen sich durch eine Vielfalt von [[Reduktion (Chemie)|Reduktionsmitteln]] mit hohen Ausbeuten in aromatische Amine umwandeln. Aromatische Amine sind Basischemikalien zur Herstellung einer Fülle von synthetischen Farbstoffen,<ref name="Franz-Xaver Reichl" /> und wurden von der in der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts aufkeimenden chemischen Farbenindustrie meist auf diese Weise aus Nitroaromaten gewonnen. Durch die Reduktion von Nitrobenzol mit ''[[in situ]]'' aus Eisen, Zink oder Zinn und [[Salzsäure]] gebildetem [[Wasserstoff]], erhielt man [[Anilin]], welches u. a. den Weg zum industriell produzierten künstlichen [[Indigo]] ebnete.

Besonders in der Laborsynthese und der Forschung stellen Nitroaromaten auch heute noch wichtige Synthesezwischenprodukte zur Herstellung aromatischer Amine dar. Durch Anwendung milderer Reduktionsmethoden können auch aromatische [[Nitrosoverbindungen]] und ''N''-Hydroxylamine aus Nitroaromaten erhalten werden. Da Nitrogruppen an Aromaten gegenüber einer Vielzahl von chemischen Umwandlungen und Reaktionsbedingungen (mit Ausnahme von Reduktionen) stabil sind, werden sie in mehrstufigen Synthesen gerne anstelle der reaktionsfreudigeren Aminogruppen eingesetzt und erst an passender Stelle der Synthesesequenz in Aminogruppen umgewandelt.

== Toxizität ==
Die Giftwirkung von Nitroaromaten beruht in erster Linie auf der endogenen Umwandlung in Amine oder deren primäre Metabolite und gleicht der der aromatischen Amine, d. h. sie resultiert aus der Reduktion der Nitrogruppe zur Amino- oder ''N''-Hydroxylaminogruppe.<ref name="spektrum.de" />

Nitroaromaten werden über den GIT. die Atemwege und die Haut sehr gut resorbiert und können z. T. im Fettgewebe gespeichert werden. Monozyklische Nitroaromaten werden hauptsächlich renal eliminiert. Sie können bei Hautkontakt zu [[Dermatitis]] und am Auge zu [[Konjunktivitis]] und zu Hornhautläsionen sowie nach oraler Aufnahme zu schmerzhaften Magenkoliken und Durchfällen führen. Die chronische Toxizität beim Menschen ist vorwiegend gekennzeichnet durch das Auftreten von Leberschäden und führt zu einer Gelbfärbung der Haut und der Nägel sowie eine braunrote Verfärbung der Haare. Fast alle Nitroaromaten sind mutagen.<ref name="Franz-Xaver Reichl" /> Die Cancerogenität ist bisher nur im Tierversuch eindeutig nachgewiesen.<ref name="spektrum.de" />

== Einzelnachweise ==
<references />

[[Kategorie:Stoffgruppe]]
[[Kategorie:Nitroaromat|!]]

Nitroaromaten - Versionsgeschichte

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