Heksanitrobenzen

Heksanitrobenzen
Identifikacija
3D model (Jmol)	interaktivna slika;
ChemSpider	10445694 ;
	SMILES [O-][N+](=O)c1c(c(c(c(c1[N+](=O)[O-])[N+](=O)[O-])[N+](=O)[O-])[N+](=O)[O-])[N+](=O)[O-]; ; ; ; ; ;
Svojstva
Hemijska formula	C6N6O12
Molarna masa	348,097
	Ukoliko nije drugačije napomenuto, podaci se odnose na standardno stanje materijala (na 25 °C [77 °F], 100 kPa).
	Reference infokutije

Heksanitrobenzen, takođe poznat kao HNB, je eksplozivno jedinjenje visoke gustine sa hemijskom formulom C
6N
6O
12, dobijeno oksidacijom aminske grupe pentanitroanilina vodonik - peroksidom u sumpornoj kiselini. Sadrži 6 atoma ugljenika i ima molekulsku masu od 348,097 Da.

Osobine

Osobina	Vrednost
Broj akceptora vodonika	12
Broj donora vodonika	0
Broj rotacionih veza	6
Particioni koeficijent^[1] (ALogP)	1,2
Rastvorljivost^[2] (logS, log(mol/L))	-10,1
Polarna površina^[3] (PSA, Å²)	274,9

Svojstva

Stabilna konformacija ovog molekula ima nitro grupe rotirane van ravni centralnog benzenskog prstena. Molekul usvaja konformaciju nalik propeleru u kojoj su nitro grupe rotirane za oko 53 °C (127 °F) od ravni.^[4]

HNB ima nepoželjno svojstvo da je umereno osetljiv na svetlost i stoga ga je teško bezbedno koristiti. Od 2021. godine, ne koristi se ni u jednoj proizvodnji eksploziva, iako se koristi kao prekursorska hemikalija u jednoj metodi proizvodnje TATB-a, drugom eksplozivu.

HNB je eksperimentalno korišćen kao izvor gasa za eksplozivno pumpani gasnodinamički laser.^[5] U ovoj primeni, HNB i tetranitrometan su poželjniji od konvencionalnijih eksploziva jer su produkti eksplozije CO
2 i N
2 dovoljno jednostavna mešavina za simulaciju gasnodinamičkih procesa i prilično slična konvencionalnom gasnodinamičkom laserskom mediju. Voda i proizvodi vodonika mnogih drugih eksploziva mogu da ometaju vibraciona stanja CO
2 u ovom tipu lasera.

Sinteza

Tokom Drugog svetskog rata u Nemačkoj je predložen metod sinteze heksanitrobenzena, a proizvod je trebalo da se proizvodi u poluindustrijskoj razmeri po sledećoj šemi:

C
6H
3(NO
2)
3 → C
6H
3(NHOH)
3 (delimična redukcija)

C
6H
3(NHOH)
3 → C
6(NO
2)
3(NHOH)
3 (nitracija)

C
6(NO
2)
3(NHOH)
3 → C
6(NO
2)
6 (oksidacija)

Potpuna nitracija benzena je praktično nemoguća jer su nitro grupe deaktivirajuće grupe za dalju nitraciju.

HNB se takođe može dobiti drugom metodom. Trinitrobenzen se prvo kuva sa gvozdenim strugotinama i hlorovodoničnom kiselinom. Dobijeni 3,5-dinitroanilin se tretira sa velikim viškom koncentrovane azotne kiseline, ili smeše za nitriranje, na 5 °C (41 °F), a zatim se temperatura podiže na 70 °C (158 °F). Posle 4 sata, smeša je ohlađena ispod 70 °C (158 °F). Pentanitroanilin C₆ (NO₂ )₅NH₂ je uklonjen suvim dihloretanom i nitrovan koncertovan sumporne i azotne kiseline.

Druga metoda je oksidisala pentanitroanilin vodonik-peroksidom u velikom višku od 20% oleuma na temperaturi od 0—25 °C (32—77 °F). Kristali su dobro isprani i rekristalisani sa hloroformom.^[6]

Pogodniji način da se dobije pentanitroanilin - konverzija 2,4,6-trinitrotoluena sa vodonik-sulfidom u 2-amino-4,6-dinitrotoluensku kiselinu i nitriranje ove druge smešom HNO₃ / H₂SO₄ do dati pentanitroanilin.^[7]

Dodatna svojstva

Chapman-Jouget detonacioni pritisak: 43 GPa
Gustina kristala: 2.01

Fizička svojstva

Tačka topljenja 246—265 °C (475—509 °F) (u zavisnosti od metode prečišćavanja), sublimira na 200 °C (392 °F) u vakuumu bez raspadanja. Gustina, u zavisnosti od načina proizvodnje, iznosi 1,8 - 2,03 g / cm³.

Eksplozivna svojstva

Pozitivne karakteristike eksploziva:

Veoma velika brzina detonacije.
Veoma visoka toplota raspadanja.
Izuzetno visok brisanc.
Visoka eksplozivnost.
Visoka termička stabilnost, uporediva sa eksplozivima otpornim na toplotu.
Nulti balans kiseonika.
Može se mešati sa flegmatizatorima.
Toplota eksplozije je 6,99 MJ/kg. Brzina detonacije - 9450 m/s pri gustini od 1,9 g/cm³. Pritisak na frontu detonacionog talasa je 40,6 GPa. Gustina - 2,01 g/cm³.

Nedostaci:

Hidrolitička nestabilnost;
visoka cena proizvodnje, zbog potrebe (u metodi sinteze koja se danas koristi) u koncentrovanom vodonik peroksidu i nekim drugim nijansama.
nekompatibilnost sa amonijum soli.

Proizvodnja

Da bi se dobio, TNB se prvo kuva sa gvožđem i hlorovodoničnom kiselinom, ili sa amonijum sulfidom. Dobijeni 3,5-dinitroanilin se tretira sa velikim viškom koncentrovane azotne kiseline ili smeše za nitriranje na 5 °C (41 °F), a zatim se temperatura podiže na 70 °C (158 °F). Posle 4 sata smeša se ohladi na ispod 70 °C (158 °F). Pentanitroanilin C₆(NO₂)₅NH₂ je odvojen suvim dihloretanom i nitrovan smešom konc. sumporne i azotne kiseline. Prema drugoj metodi, pentanitroanilin se oksiduje vodonik-peroksidom u velikom višku od 20% oleuma na temperaturi od 0—25 °C (32—77 °F). Kristali se temeljno isperu i rekristališu iz suvog hloroforma .
Takođe je opisan način proizvodnje korišćen u Nemačkoj tokom Drugog svetskog rata; zasniva se na redukciji nitro grupa trinitrobenzena (npr. vodonik-sulfida) u -NHOH, nitracijom sa konc. HNO₃ до C₆(NHOH)₃(NO₂)₃ i naknadna oksidacija smešom HNO₃ и CrO₃ u HDD.
Pogodniji način za dobijanje pentanitroanilina je redukcija 2,4,6-trinitrotoluena sa vodonik-sulfidom u 2-amino-4,6-dinitrotoluen i nitriranje ovog poslednjeg u pentanitroanilin sa smešom HNO₃/H₂SO₄. Pentanitroanilin, kao i HDNB, je hidrolitički nestabilan.

Korišćenje

Heksanitrobenzen ima nepoželjno svojstvo da je umereno osetljiv na svetlost i stoga ga je teško bezbedno koristiti. Trenutno se ne koristi ni u jednoj primeni u proizvodnji eksploziva, iako se koristi kao hemijski prekursor u metodi proizvodnje triaminotrinitrobenzena (TATB), još jednog eksploziva.

HNB je eksperimentalno korišćen kao izvor gasa za dinamički gasni laser sa eksplozivnom pumpom.^[8] U ovoj primeni, poput tetranitrometana, oni su poželjniji u odnosu na konvencionalnije eksplozive jer su produkti eksplozije CO₂ i N₂ dovoljno jednostavna smeša za simulaciju gasnodinamičkih procesa i prilično slična laserskom medijumu.konvencionalna gasna dinamika. Voda i vodonični proizvodi mnogih drugih eksploziva mogu da ometaju vibraciona stanja CO₂ u ovom tipu lasera.

Uglavnom se koristi za geološka istraživanja, kao i u uslovima potrebe za njegovom kolosalnom eksplozivnom snagom i termičkom stabilnošću, gde je cena eksploziva od sekundarnog značaja. Razmišlja se o vojnoj proizvodnji, ali zbog visoke cene podaci o širokoj upotrebi nisu dostupni. U vezi sa navedenim, njegova upotreba za terorističke aktivnosti je sve sumnjivija. Visoka eksplozivnost čini heksanitrobenzen obećavajućom komponentom raketnih goriva u budućnosti.

Vidi još

Reference

^ Ghose, A.K.; Viswanadhan V.N. & Wendoloski, J.J. (1998). „Prediction of Hydrophobic (Lipophilic) Properties of Small Organic Molecules Using Fragment Methods: An Analysis of AlogP and CLogP Methods”. J. Phys. Chem. A. 102: 3762—3772. doi:10.1021/jp980230o.
^ Tetko IV, Tanchuk VY, Kasheva TN, Villa AE (2001). „Estimation of Aqueous Solubility of Chemical Compounds Using E-State Indices”. Chem Inf. Comput. Sci. 41: 1488—1493. PMID 11749573. doi:10.1021/ci000392t.
^ Ertl P.; Rohde B.; Selzer P. (2000). „Fast calculation of molecular polar surface area as a sum of fragment based contributions and its application to the prediction of drug transport properties”. J. Med. Chem. 43: 3714—3717. PMID 11020286. doi:10.1021/jm000942e.
^ ^а ^б Bart, J. C. J. (1968). „The crystal structure of a modification of hexaphenylbenzene” (PDF). Acta Crystallographica Section B. 24 (10): 1277—1287. doi:10.1107/S0567740868004176.
^ Condensed explosive gas dynamic laser, United States Patent 4099142
^ U.S. Patent Number 4,262,148. Synthesis of hexanitrobenzene. April 14, 1981. [en]
^ U.S. Patent Number 4,248,798. New method for preparing pentanitroaniline and triaminotrinitrobenzenes from trinitrotoluene. February 3, 1981. [en]
^ Condensed explosive gas dynamic laser, United States Patent 4099142

Literatura

Clayden, Jonathan; Greeves, Nick; Warren, Stuart; Wothers, Peter (2001). Organic Chemistry (I изд.). Oxford University Press. ISBN 978-0-19-850346-0.
Smith, Michael B.; March, Jerry (2007). Advanced Organic Chemistry: Reactions, Mechanisms, and Structure (6th изд.). New York: Wiley-Interscience. ISBN 0-471-72091-7.
Katritzky A.R.; Pozharskii A.F. (2000). Handbook of Heterocyclic Chemistry (Second изд.). Academic Press. ISBN 0080429882.

Spoljašnje veze

Hexanitrobenzene

[1] Ghose, A.K.; Viswanadhan V.N. & Wendoloski, J.J. (1998). „Prediction of Hydrophobic (Lipophilic) Properties of Small Organic Molecules Using Fragment Methods: An Analysis of AlogP and CLogP Methods”. J. Phys. Chem. A. 102: 3762—3772. doi:10.1021/jp980230o.

[2] Tetko IV, Tanchuk VY, Kasheva TN, Villa AE (2001). „Estimation of Aqueous Solubility of Chemical Compounds Using E-State Indices”. Chem Inf. Comput. Sci. 41: 1488—1493. PMID 11749573. doi:10.1021/ci000392t.

[3] Ertl P.; Rohde B.; Selzer P. (2000). „Fast calculation of molecular polar surface area as a sum of fragment based contributions and its application to the prediction of drug transport properties”. J. Med. Chem. 43: 3714—3717. PMID 11020286. doi:10.1021/jm000942e.

[bart-4] а ^б Bart, J. C. J. (1968). „The crystal structure of a modification of hexaphenylbenzene” (PDF). Acta Crystallographica Section B. 24 (10): 1277—1287. doi:10.1107/S0567740868004176.

[5] Condensed explosive gas dynamic laser, United States Patent 4099142

[6] U.S. Patent Number 4,262,148. Synthesis of hexanitrobenzene. April 14, 1981. [en]

[7] U.S. Patent Number 4,248,798. New method for preparing pentanitroaniline and triaminotrinitrobenzenes from trinitrotoluene. February 3, 1981. [en]

[8] Condensed explosive gas dynamic laser, United States Patent 4099142

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]