Glycerintrinitrat
| Strukturformel | |||
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| bild:Nitroglycerin_Sformel_v2.png | |||
| Allgemeines | |||
| Name | Glycerintrinitrat, Propan-1,2,3-trioltrinitrat | ||
| Summenformel | C3H5(ONO2)3 | ||
| Andere Namen | Nitroglyzerin | ||
| Kurzbeschreibung | farblose Flüssigkeit | ||
| CAS-Nummer | 55-63-0 | ||
| Sicherheitshinweise | |||
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| R- und S-Sätze | R 26/27/28-3-33 S 1/2-33-35-36/37-45 | ||
| Handhabung | -- | ||
| Lagerung | -- | ||
| MAK | 0,005 ml/m3 | ||
| LD50 (Ratte, oral) | x mg/kg | ||
| LD50 (Kaninchen, oral) | x mg/kg | ||
| Physikalische Eigenschaften | |||
| Aggregatzustand | flüssig | ||
| Farbe | farblos | ||
| Dichte | x g/cm³ (xx °C) | ||
| Molmasse | 227 g/mol | ||
| Schmelztemperatur | je nach Isomer 2,8 °C oder 13,5 °C | ||
| Siedetemperatur | x °C | ||
| Dampfdruck | x hPa (xx °C) | ||
| Weitere Eigenschaften | |||
| Löslichkeit | x g/l (bei xx °C) | ||
| Gut löslich in | -- | ||
| Schlecht löslich in | -- | ||
| Unlöslich in | -- | ||
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Soweit möglich und gebräuchlich, wurden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Normbedingungen. | |||
Glycerintrinitrat ist ein bekannter Sprengstoff und hat die Summenformel C3H5(ONO2)3. Die geläufige Bezeichnung Nitroglycerin ist gemäß IUPAC-Nomenklatur irreführend, da das Präfix Nitro- eine N-gebundene NO2-Gruppe hinweist. Im Glycerintrinitrat jedoch ist der Alkylrest über ein verbrückendes O-Atom an den Stickstoff gebunden, weswegen es sich um einen Tris-Ester der Salpetersäure handelt. Noch exakter als Glycerintrinitrat wäre demnach die Bezeichnung Glycerintris(nitrat), das Präfix tris weist darauf hin, dass es sich beim Säurerest nicht um ein Kondensat aus drei Molekülen HNO3 handelt, sondern dreimal mit je einem Molekül verestert wurde.
| Inhaltsverzeichnis |
Eigenschaften
Glycerintrinitrat ist bei Standardbedingungen eine farblose, geruchlose und schlecht wasserlösliche Flüssigkeit. Es hat einen brennenden Geschmack und schon die Einnahme einer geringen Menge Nitroglycerin führt zu Kopfschmerzen. Der Schmelzpunkt liegt je nach Isomer bei 2,8 °C oder 13,5 °C. Wegen des Sauerstoffüberschusses ist Glycerintrinitrat eine eher instabile Verbindung, die bereits durch eine geringe Aktivierungsenergie zu einer stark exothermen Reaktion gebracht werden kann. Die Flüssigkeit wird in extrem kurzer Zeit vollständig in gasförmige Produkte umgewandelt, was zu einer massiven Volumenausdehnung führt (Explosion; Berechnung der Gasmenge bei der Explosion von 1 Mol Nitroglycerin hier).
Verwendung
Glycerintrinitrat wird als Sprengstoff verwendet. Wegen der starken Stoß- und Erschütterungsempfindlichkeit ist die Handhabung allerdings eher schwierig. Alfred Nobel gelang es, Nitroglycerin in Kieselgur einzulagern. Das entstehende Dynamit ist einfacher zu benutzen. Später wurde Nitroglycerin als Sprengstoffbestandteil wegen seines hohen Gefrierpunkts fast vollständig durch Nitroglykol (Ethylenglykoldinitrat; EGDN) ersetzt, das erst bei -22 °C gefriert. Nitroglycerin ist dagegen heute noch ein wichtiger Bestandteil vieler Treibladungspulver.
In der Medizin wird es wegen seiner gefäßerweiternden Wirkung unter dem Namen Glyceroltrinitrat als Mittel bei Angina Pectoris, Herzinsuffizienz und auch als Akutmittel bei einem Herzinfarkt eingesetzt.
Obwohl Alfred Nobel oft unter Angina Pectoris litt, lehnte er eine Behandlung mit Glycerolnitrat vehement ab: er bekam Kopfschmerzen durch die Dämpfe in seiner Fabrik.
Herstellung
Glycerintrinitrat wird durch die Veresterung der drei Hydroxylgruppen von wasserfreiem Glycerin mit einer Mischung aus Salpetersäure und Schwefelsäure, der so genannten Nitriersäure, hergestellt. Dabei dient die Schwefelsäure eigentlich nur dazu, das entstehende Wasser zu binden.
Man unterscheidet diskontinuierliche und kontinuierliche Herstellungsverfahren.
Die diskontinuierlichen Verfahren stellen das Nitroglyzerin chargenweise her:
"Kalte Methode": Die Nitriersäure wird bis auf 15 °C gekühlt. Es wird Glyzerin in kleinen Mengen zugefügt und währenddessen gut gekühlt und gerührt. Die Temperatur steigt an und darf 30 °C nicht übersteigen. Ab 32 °C droht eine autokatalytische Zersetzung des gebildeten Nitroglyzerins, die wegen der Wärmeentwicklung zur Explosion führen kann. Ist das Glyzerin beigefügt, muss die Temperatur unter 25 °C sinken. Die Reaktion ist nach etwa 15 Minuten beendet. Das abgeschiedene Nitroglyzerin wird gewaschen und sorgfältig von allen Säureresten mittels Sodalauge befreit. Auch die Sodalauge ihrerseits wird mit Wasser entfernt und das Nitroglyzerin schlussendlich getrocknet. Nur das gut gewaschene und neutralisierte Nitroglyzerin ist stabil.
"Schnelle Methode": Nitriersäure und Glyzerin werden vorgekühlt zusammengemischt und in Wasser eingegossen. Das gebildete Nitroglyzerin sinkt zu Boden, kann abgezogen und gewaschen werden. Die Ausbeute ist niedrig. Diese Methode wurde gelegentlich von Alfred Nobel angewandt.
"2-Stufen-Methode": Glyzerin wird in Schwefelsäure gelöst. Zu der Lösung wird Nitriersäure gegeben, wobei die Temperatur 22 °C nicht übersteigen darf. Nach mehreren Stunden scheidet sich das Nitroglyzerin an der Oberfläche ab. Vorteil der Methode ist die geringere Wärmeentwicklung im Vergleich zu den anderen Methoden. Nachteil ist der lange Kontakt des Nitroglyzerins mit den Säuren, die die Wahrscheinlichkeit gefährlicher Zersetzungen erhöhen.
Um die Nitroglyzerinmengen in den einzelnen Verarbeitungsstufen so gering wie möglich zu halten und die Produktivität zu erhöhen, wurden kontinuierliche Herstellungsverfahren entwickelt. Im einfachsten Fall werden Nitriersäure und Glyzerin kontinuierlich durch ein gekühltes Rohr gegeben. Die modernsten Verfahren arbeiten nach dem Injektor-Prinzip. Der Injektor ist wie eine Wasserstrahlpumpe aufgebaut. Statt des Wassers fließt Nitriersäure durch den Injektor. Mit dem Unterdruck wird Glyzerin angesaugt und in dem Säurestrahl verwirbelt. Die Temperatur liegt bei etwa 70 °C.
Wegen der hohen Verletzungsgefahr durch Explosionen empfehlen Experten Glycerintrinitrat nur in besonders gesicherten Labors herzustellen und die gesetzlichen Bestimmungen genau einzuhalten. Auch bei der Synthese von kleinen Mengen besteht eine große Gefahr von schweren, auch tödlichen Verletzungen. Ein einziger Tropfen kann bereits die Laborgeräte zerstören.
Literatur
- dondo : Nitroglyzerin & Dynamit. SurvivalPress, 1908 Reprint 2002, ISBN 3831143625
- Josef Köhler, Rudolf Meyer: "Explosivstoffe". 9. Auflage, S. 215 ff. Wiley-VCH 1998, ISBN 3527288643