【甲苯和硝酸反应方程式】甲苯（C₆H₅CH₃）是一种常见的芳香烃，常用于有机合成中。在特定条件下，甲苯可以与硝酸（HNO₃）发生硝化反应，生成硝基甲苯（C₆H₄(NO₂)CH₃）。该反应是典型的亲电取代反应，属于芳香族化合物的硝化过程。
硝化反应通常需要浓硫酸作为催化剂，并且在一定温度下进行。根据反应条件的不同，甲苯可以被硝化为邻位、间位或对位的硝基甲苯，具体产物取决于硝基取代的位置。
以下是对甲苯与硝酸反应的总结及主要反应式：
一、反应概述
| 反应物 | 甲苯（C₆H₅CH₃） | 硝酸（HNO₃） |
| 催化剂 | 浓硫酸（H₂SO₄） | — |
| 反应类型 | 硝化反应 | 亲电取代反应 |
| 主要产物 | 硝基甲苯（C₆H₄(NO₂)CH₃） | 水（H₂O） |
| 反应条件 | 高温、浓硫酸催化 | — |
二、主要反应式
1. 单硝化反应（生成一硝基甲苯）
在浓硫酸存在下，甲苯与硝酸发生硝化反应，生成一硝基甲苯：
$$
\text{C}_6\text{H}_5\text{CH}_3 + \text{HNO}_3 \xrightarrow{\text{H}_2\text{SO}_4} \text{C}_6\text{H}_4(\text{NO}_2)\text{CH}_3 + \text{H}_2\text{O}
$$
- 产物：硝基甲苯（C₆H₄(NO₂)CH₃）
- 硝基取代位置：由于甲基是邻对位定位基，硝基主要进入邻位或对位。
2. 双硝化反应（生成二硝基甲苯）
若反应条件更加剧烈，甲苯可进一步被硝化，生成二硝基甲苯：
$$
\text{C}_6\text{H}_4(\text{NO}_2)\text{CH}_3 + \text{HNO}_3 \xrightarrow{\text{H}_2\text{SO}_4} \text{C}_6\text{H}_3(\text{NO}_2)_2\text{CH}_3 + \text{H}_2\text{O}
$$
- 产物：二硝基甲苯
- 通常为邻-二硝基甲苯或对-二硝基甲苯
三、反应特点
- 定位效应：甲基是强邻对位定位基，因此硝基更倾向于进入甲基的邻位或对位。
- 反应温度：通常在50~80℃之间进行，温度过高可能导致副反应或过度硝化。
- 副产物：除硝基甲苯外，可能生成少量间位产物，但比例较低。
- 应用：硝基甲苯是重要的化工原料，可用于合成染料、药物及炸药等。
四、总结
甲苯与硝酸的反应是典型的硝化反应，主要生成硝基甲苯。根据反应条件不同，可得到一硝基或二硝基甲苯。该反应在工业上具有重要应用价值，广泛用于有机合成领域。
通过控制反应温度和硝酸浓度，可以调节产物的种类与比例，从而满足不同的生产需求。