1,3-二硝基苯，常温常压下为白色至淡黄色结晶固体，其晶体密度约为1.575g/cm3，随着温度上升，其密度会逐渐降低。1,3-二硝基苯是一种毒性很强的有机化工中间体，主要用于制造间硝基苯胺和间苯二胺，由于该物质具有一定爆炸性，第一次世界大战期间，俄国、德国、瑞士曾用其装填炮弹和水雷。
图1 1,3-二硝基苯的性状图
溶解度
1,3-二硝基苯的在室温下微溶于水，可溶于甲醇、乙醇、丙醇、二硫化碳、四氯化碳，易溶于氯仿、苯、甲苯、乙酸乙酯。随着温度升高，1,3-二硝基苯的溶解度也会相应有所提升：在100°C的水中，1,3-二硝基苯的溶解度可由20°C时的0.02g/cm3升至0.32g/cm3[2]。此外，1,3-二硝基苯在硫酸中的溶解度还受硫酸浓度影响，不同条件下的溶解度。
化学特性
1,3-二硝基苯的化学性质相较于邻、对位异构体更为稳定，难以与强碱或氨水反应生成硝基酚盐或硝基苯胺。在甲醇体系中，1,3-二硝基苯可与低浓度甲醇钠共热生成黄色针状3,3'-二硝基氧化偶氮苯，或与乙醇钠反应生成间硝基苯酚等含氧衍生物；它还能与卤素发生取代反应生成卤代产物，或与氰化钾反应生成甲氧基硝基苯甲腈。此外，1,3-二硝基苯在70°C下可与亚硫酸钠反应生成1-氨基-3-硝基-4-苯磺酸钠，并伴随副产物间硝基苯胺和硝基酚磺酸，工业上常利用该反应（因邻、对位异构体更易反应）来精制1,3-二硝基苯。尽管1,3-二硝基苯可被氟硼酸硝酰硝化为1,3,5-三硝基苯，但反应2小时产率仅66%（含17%未反应物），延长至3.8小时后纯度达100%而产率降至50%，故该方法不适用于实际制备。[1]
工业合成
1,3-二硝基苯最早于1841年通过苯的浓硝酸硝化制得，后于1874年被发现该方法所得产物中含有少量邻、对位异构体。1932年，奥托·惠勒系统研究了温度对硝基苯经混酸硝化产物异构体比例的影响，后续研究进一步明确了混酸组成与硝化进程的关系，确立了常用混酸配比为硝酸18%、硫酸80%与水2%，并过量约10%。工业上生产1,3-二硝基苯普遍采用两步硝化法：先由苯制取硝基苯，再经混酸硝化得到二硝基苯，各工厂具体工艺参数虽因成本与设备差异略有不同，但核心原理一致。所得粗品1,3-二硝基苯需经精制：先于加热碱液中搅拌洗涤，再加入冷水及亚硫酸钠溶液，控温反应2小时后冷却；过滤并水洗所得晶体，最终经熔融脱水及减压干燥即得纯品。
分解方法
1,3-二硝基苯易造成环境污染，其废液通常需经活性炭吸附或溶剂萃取等处理方可排放。研究显示，在酸性废液中添加过氧化氢并利用紫外光照射可有效降解1,3-二硝基苯。此外，使用负载于介孔碳氮化物上的纳米二氧化钛催化紫外光解，也能对1,3-二硝基苯取得良好降解效果。传统氧化剂如臭氧，在氧化铁、氧化亚钴、三氧化钼等金属氧化物催化下，同样能够有效分解该类污染物。
化学应用
制备间苯二胺
图2 1,3-二硝基苯的还原反应
间苯二胺是一种具有强偶氮化能力的化工原料，广泛用于生产染料、化工助剂、特种纤维及间苯二酚。它主要由1,3-二硝基苯通过化学还原、催化加氢或电解还原等方法制得。传统化学还原法使用铁粉在酸性体系中还原1,3-二硝基苯，产率约75%，但会产生大量含四氧化三铁和酸性废液，污染严重。为此，研究团队开发了多种改进试剂体系：例如氯化铁-锌粉-二甲基甲酰胺-水体系可在中性介质中反应，45分钟产率达81%；铁粉-氯化铵体系同样在中性条件下进行，2小时产率73%；而铝-氯化铵体系结合超声处理，则可在1.15小时内以70%的产率实现1,3-二硝基苯的还原。电解还原法利用电化学原理还原1,3-二硝基苯以制备间苯二胺：在以钛-二氧化钛为阴极、铅为阳极、10%硫酸为电解液的体系中，于70至80°C下反应可获得约83%的产率。另一种工艺则采用铜阴极与石墨阳极，以乙醇和15%盐酸的混合液作为阴极液，10%盐酸作为阳极液，在40°C下反应36分钟，也能将1,3-二硝基苯还原，并获得74.2%的产率。[2]
制备精细化工品
1,3-二硝基苯在工业中可作为聚合反应阻聚剂、薄层色谱显色试剂、有机合成中间体及染料原料，并用于炸药制造。
毒性说明
1,3-二硝基苯具有显著生物毒性，其大鼠经口半数致死量（LD50）为59.5 mg/kg，对藻类72小时半抑制浓度（IC50）介于0.1至0.7 mg/L，鱼类生物富集系数为75。在储存方面，1,3-二硝基苯需置于避光通风处，并与氧化剂、还原剂等隔离放置，以确保安全。1,3-二硝基苯对人最低致死量为28mg/kg。该物质可经皮肤和呼吸道吸收，中毒后轻者出现发绀、头晕，重者伴有高铁血红蛋白血症、肝功能异常等；救治时需立即清除污染物，并静脉滴注亚甲蓝、维生素及保肝药物。在毒性机理上，1,3-二硝基苯对神经系统、睾丸和肝脏均具毒性：大鼠实验显示其可引发脑部空泡化、出血及类似硫胺素缺乏的脑病变；睾丸毒性随年龄增长而加剧，主要损伤塞尔托利氏细胞，导致生精异常；肝毒性则源于其代谢为间硝基苯胺的过程，该过程伴随一氧化氮生成并引起乳酸脱氢酶渗漏。目前研究认为，1,3-二硝基苯的毒性可能与活性氧增多、关键酶活性抑制以及代谢物与生物大分子结合有关，最终导致氧化应激与代谢紊乱。[3]
参考文献
[1] Wójcik, Gra?yna; Atomic thermal motions studied by variable-temperature X-ray diffraction and related to non-linear optical properties of crystalline meta-di-nitrobenzene. Acta Crystallographica Section B Structural Science. 2002, 58: 998–1004.
[2] 丁军委. 间苯二胺生产工艺的研究进展. 精细石油化工进展. 2012, 13: 40–42.
[3] 王天成等. 间二硝基苯诱导大鼠肝细胞DAN氧化损伤[J].中国公共卫生, 2008, 023: 1108-1109.