Nitraus on kemiallinen reaktio, jossa NO2-ryhmä eli nitroryhmä liitetään kohdemolekyyliin. Useimmiten nitrattavat yhdisteet ovat aromaattisia; esimerkiksi tolueenin nitrauksessa muodostuu trinitrotolueenia. Nitrausta käytetään tarkoittamaan osin virheellisesti myös nitraattiesterien, kuten nitroglyserolin, valmistuksesta.
Reagenssit ja mekanismi
Suurin osa aromaattisista yhdisteistä reagoi nitrauksella. Helpoimmin reagoivat elektronirikkaat aromaattiset yhdisteet, kuten aniliini- tai fenolijohdannaiset. Nitraavan reagenssin valinta riippuu aromaattisen yhdisteen reaktiivisuudesta. Tyypillisin nitraava reagenssi on typpihapon ja rikkihapon seos (ns. nitraushappo), mutta myös typpihapon ja etikkahapon seoksia käytetään. Helposti nitrautuvat yhdisteet nitrautuvat esimerkiksi natriumnitraatin ja hapon avulla, kun taas heikommin reaktiivisten yhdisteiden nitraukseen käytetään voimakkaampia reagensseja, kuten nitroniumtetrafluoroboraattia.
Nitraus on reaktiomekanismiltaan elektrofiilinen aromaattinen substituutioreaktio. Reaktion ensimmäisessä vaiheessa typpihaposta tai nitraatti-ionista muodostuu happamissa olosuhteissa veden eliminaation seurauksena nitroniumioni. Nitroniumioni on voimakkaasti elektrofiilinen. Aromaattinen yhdiste toimii nitrauksessa nukleofiilinä ja aromaattisen renkaan elektronipari muodostaa sidoksen nitroniumionin kanssa. Tällöin muodostuu niin kutsuttu aryliumkationi. Aryliumkationin muodostuminen on nitrauksen reaktionopeutta rajoittava hitain vaihe. Jokin emäs ottaa aryliumkationilta protonin, jolloin yhdisteen aromaattisuus palautuu ja muodostuu nitroyhdiste.
Nitroryhmä on elektroneja puoleensa vetävä ryhmä, joten mikäli molekyyliin voidaan liittää useampi kuin yksi nitroryhmä, tapahtuvat seuraavat nitrautumiset vaikeammin kuin ensimmäinen. Esimerkiksi trinitrotolueenin valmistuksessa tämä ilmenee siinä, että ensimmäisen nitrauksen jälkeen on lämpötilaa nostettava, jotta kaksi muutakin nitrausta tapahtuisi.
Käyttökohteita
Nitrausta käytetään monissa teollisuuden prosesseissa, kuten eräiden räjähdysaineiden valmistuksessa. Nitrobentseeniä valmistetaan nitraamalla, ja sitä puolestaan käytetään aniliinin ja eräiden muiden orgaanisten kemikaalien valmistuksessa sekä erityisesti lähtöaineena väriaineteollisuudessa hydratsobentseenin, bentsidiinin, m-kloorinitrobentseenin, m-nitrobentseenisulfonihapon ja metaniilihapon valmistuksessa sekä selluloosaeetterien liuottimena. Nitroryhmä on osa myös monien lääkeaineiden rakennetta, joten nitraus on yleisesti käytetty reaktio myös farmaseuttisen kemian teollisuudessa.
