Bei der Nitrierung von Toluol werden ein oder mehrere Wasserstoffatome im Benzolring durch eine Nitrogruppe ersetzt. Die Anzahl der Wasserstoffatome, die durch die Nitrogruppen ersetzt werden, hängt von den Bedingungen der die Reaktion, wie die Temperatur.
Die Nitrierung von Toluol erfordert eine Mischung aus konzentrierter Salpetersäure und konzentrierter Schwefelsäure. Die Salpetersäure ist der Donor für die Nitrogruppe und Schwefelsäure wirkt als Katalysator für die Reaktion. Schwefelsäure nimmt auch das bei der Reaktion entstehende Wasser auf. Die Nitrogruppe bindet an den Benzolring und ersetzt durch die Umlagerung von Bindungen ein Wasserstoffatom im Benzolring. Dieser Mechanismus der Substitution einer Nitrogruppe durch ein Wasserstoffatom wird als elektrophile Substitution bezeichnet.
Toluol reagiert in Nitrierungsreaktionen viel schneller als Benzol, da die Methylgruppe die Elektronen in Richtung des Rings schiebt, wodurch seine Reaktivität erhöht und es anfälliger für elektrophile Substitutionen gemacht wird. Je nach Anlagerungsposition der Nitrogruppe, bezogen auf die Methylgruppe in Toluol, können bei dieser Reaktion zwei Isomere entstehen. Da Methylgruppen 2,4-dirigierend sind, wird ein Gemisch aus 2-Nitromethylbenzol oder 4-Nitromethylbenzol gebildet. Dinitrotoluol entsteht in geringer Menge, aber Trinitrotoluol ist schwerer zu bilden. Dies liegt daran, dass das Hinzufügen von Nitrogruppen zum Benzolring von Toluol dessen Reaktivität verringert.
