Heksanitrobenzen

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 .

Heksanitrobenzen

Identifikacija
3D model ()	interaktivna slika
	10445694 Y
Svojstva
Hemijska formula
Molarna masa
Ukoliko nije drugačije napomenuto, podaci se odnose na standardno stanje materijala (na 25 ° [77 °], 100 ).
Reference infokutije

Osobine

Osobina	Vrednost
Broj akceptora vodonika	12
Broj donora vodonika	0
Broj rotacionih veza	6
Particioni koeficijent[1] (	1,2
Rastvorljivost[2] ())	-10,1
Polarna površina[3] (, Å2)	274,9

Svojstva

Pogled iz perspektive na kristalnu strukturu heksanitrobenzena, koji pokazuje rotaciju nitro grupa.^[4]
Levo: struktura sa loptom i štapom.
Desno: van der Valsova struktura koja ispunjava prostor.

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

Metoda korišćena u Trećem Rajhu

1. 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 .
2. 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.
3. 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

• ONC
• Tetril
• TNT
• RE faktor

Reference

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.
4. 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

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

• Portal Hemija