1,3,5-三叠氮-2,4,6-三硝基苯

化合物
(重定向自TATNB

1,3,5-三叠氮-2,4,6-三硝基苯(代号:TATNB)是一种较为环保的火工药剂,在开放的空气环境中能够快速燃烧并伴有明亮的蓝色火焰,在金属管中加热则会发生猛烈爆炸,具有作为击发药和起爆药使用的潜力。该药因热稳定性和流散性缺陷,目前并未得到大规模使用[2]

1,3,5-三叠氮-2,4,6-三硝基苯
IUPAC名
1,3,5-Triazido-2,4,6-trinitrobenzene
1,3,5-三叠氮-2,4,6-三硝基苯
别名三硝基三叠氮苯
TATNB
TNTAB
识别
CAS号29306-57-8  checkY
PubChem62844
ChemSpider56578
SMILES
 
  • C1(=C(C(=C(C(=C1[N+](=O)[O-])N=[N+]=[N-])[N+](=O)[O-])N=[N+]=[N-])[N+](=O)[O-])N=[N+]=[N-]
InChI
 
  • 1S/C6N12O6/c7-13-10-1-4(16(19)20)2(11-14-8)6(18(23)24)3(12-15-9)5(1)17(21)22
InChIKeyLIPDUIOSIFXENT-UHFFFAOYSA-N
性质
化学式C6N12O6
摩尔质量336.2 g·mol⁻¹
外观绿黄色结晶
密度1.805g/cm3[1]
熔点131°C[1]
溶解性不溶[2]
溶解性略溶于乙醇;易溶于丙酮氯仿[2]
热力学[3]
ΔfHm298K+765.8kJ·mol-1
ΔcHm-3140kJ·mol-1
爆炸性
撞击感度5J[1]
摩擦感度玛瑙研钵研磨可能爆炸[2]
爆速7200m/s (1.5g/cm3)
8100m/s (1.7g/cm3)[4]
若非注明,所有数据均出自标准状态(25 ℃,100 kPa)下。

为便于叙述,下文统一称1,3,5-三叠氮-2,4,6-三硝基苯为TATNB。

历史

TATNB最早由捷克斯洛伐克人奥尔德里奇·图雷克(Oldřich Turek)于1924年通过叠氮化钠均三氯三硝基苯反应制得[4],图雷克的这一发现随后于1929年和1930年分别获得英国德国专利[5][6]

自TATNB被发现以来,包括图雷克在内的研究者大多将其作为雷管、火帽中含铅起爆药的替代品使用,并以此申请了多项专利[7][8][9]

物理性质

TATNB属单斜晶系,其晶胞参数为:a=0.54256nm,b=1.8552nm,c=1.2129nm,β=94.91°,V=1.2163nm3,Z=4,空间群为P21/c[3]

TATNB晶体密度为1.81g/cm3,加压300MPa时密度约为1.751g/cm3,加压500MPa时密度则可达1.7526g/cm3,但当加压大于30MPa时其就可能出现压死现象。TATNB在常温下不溶于,吸湿性也较差,在水中放置3.5年也不会发生明显变化。TATNB略溶于乙醇,易溶于氯仿丙酮[2][4][10]

化学性质

TATNB与大多数金属和合金均不会反应,在潮湿环境下,其与黄铜不反应,但部分文献记载其与会有一定程度反应[4]

TATNB在熔点温度附近会发生分解,生成苯并三氧化呋咱德语Benzotrifuroxan氮气。该反应在较低温度下也会缓慢进行,且反应速度随温度上升而提高:20°C下3年时间分解量为0.665%;35°C下1年时间分解量为2.43%;50°C下10天时间分解量0.65%;100°C下14小时完全分解。TATNB较差的热稳定性能也成为其实际应用的一大障碍[10]

根据量子化学分子轨道计算研究,TATNB的分解反应以如下步骤进行:分子中一处叠氮基的第一个氮氮键断裂同时与其邻位硝基上的成键,形成第一个杂环;第一个杂环硝基一侧邻位叠氮基的第一个氮氮键断裂,并与其另一侧硝基上的氧成键,形成第二个杂环;最后一组叠氮基与硝基通过相同方式形成第三个杂环。其中第一步反应速度最慢,为控速步骤。在这一过程中,还存在部分竞争反应,如:叠氮基的第一个氮氮键断裂后不与硝基上的氧成键;第一个杂环形成后,原先硝基对位的叠氮基与原先叠氮基对位的硝基以相同方式成环等,但这些副反应大多难以发生,对主要反应影响有限[11][12]

制备工艺

TATNB发现者图雷克采用苯胺氯气反应制得2,4,6-三氯苯胺,随后以硫酸亚硝酸乙醇脱去氨基得到1,3,5-三氯苯,之后再在硫酸环境下使用硝酸硝化制得均三氯三硝基苯。将一定量叠氮化钠叠氮化钾溶入2:2:1比例的水、乙醇、丙酮混合液,随后以一定比例混合均三氯三硝基苯和混合液,期间反应温度维持在20°C至30°C范围内并在合适时刻真空抽离丙酮,经30分钟反应即可获得TATNB结晶,产率约70%至80%。以此方法获取的结晶产物纯度较低,还需使用氯仿或其他溶剂再次提纯[5]。上述方法至今依然是制备TATNB的主要手段,但后续文献大多省略了丙酮的处理步骤[2][10]

此外,在特定实验条件下,还可使用1,3,5-三叠氮-2,4-二硝基苯和发烟硝酸在浓硫酸环境下反应制取TATNB。将3种物质的特定比例混合液在室温下静置4小时,随后在0°C下继续静置12小时,过滤并用水洗涤滤渣。为提高产率,向滤液内加入等体积水稀释,过滤并用乙酸重结晶滤渣,随后合并2份所得固体,使用乙酸重结晶后即可得到亮黄色片状结晶。TATNB的最终产率约为91%[3]

爆炸性能

TATNB氧平衡英语oxygen balance为-28.6%,属负氧平衡炸药。其爆容为755L/kg,密度1.5g/cm3时爆速7200m/s,1.54g/cm3时爆速为7500m/s,1.7g/cm3时爆速则上升至8100m/s[1][4]

TATNB的爆炸威力介于特屈儿PETN间,是最猛烈的起爆药之一,经30Mpa压装过的0.01gTATNB即可起爆特屈儿,0.02g则可起爆TNT[10]

注释

参考文献

参考书籍

  • Meyer, Rudolf; Köhler, Josef; Homburg, Axel. Explosives 7th, completely revised and updated Edition. Weinheim: WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA. 2015. ISBN 978-3-527-33776-7 (英语). 
  • 韦爱勇. 单质与混合火工药剂 第1版. 哈尔滨: 哈尔滨工程大学出版社. 2014. ISBN 978-7-5661-0750-3 (中文(简体)). 
  • Matyáš, Robert; Pachman, Jiří. Primary Explosives. Springer-Verlag Berlin Heidelberg. 2013. ISBN 978-3-642-28435-9. doi:10.1007/978-3-642-28436-6 (英语). 
  • T. Urbanski. 火炸药的化学与工艺学-第III卷. 由欧育湘; 秦保实翻译. 北京: 国防工业出版社. 1976. CSBN 15034·1437 (中文(简体)).