Heksanitroetan

Heksanitroetan (HNE) je organsko jedinjenje sa hemijskom formulom C₂N₆O₁₂ ili (O₂N)₃C-C(NO₂)₃, koje sadrži 2 atoma ugljenika i ima molekulsku masu od 300,054 -{Da}-. To je čvrsta materija sa tačkom topljenja od Шаблон:Convert.

Heksanitroetan se koristi u nekim pirotehničkim kompozicijama kao oksidant bogat azotom, npr. u nekim sastavima mamaca za baklje i nekim pogonskim gorivima. Kao i heksanitrobenzen, HNE se istražuje kao izvor gasa za eksplozivno pumpane gasno-dinamičke lasere.

Kompozicija HNE kao oksidanta sa borom kao gorivom se istražuje kao novi eksploziv.

Priprema

Prvu sintezu opisao je Wilhelm Will 1914. godine, koristeći reakciju između kalijumove soli tetranitroetana sa azotnom kiselinom.

C₂(NO₂)₄K₂ + 4 HNO₃ → C₂(NO₂)₆ + 2 KNO₃ + 2 H₂O

Praktičan metod za industrijsku upotrebu počinje sa furfuralom, koji prvo prolazi kroz oksidativno otvaranje prstena bromom do mukobromske kiseline. U sledećem koraku, mukobromska kiselina reaguje sa kalijum-nitritom na temperaturi malo ispod sobne kako bi se formirala dipotazijumova so 2,3,3-trinitropropanala. Konačni proizvod se dobija nitrovanjem sa azotnom i sumpornom kiselinom na Шаблон:Convert.

Svojstva

Termalna razgradnja heksanitroetana je zabeležena na temperaturi od Шаблон:Convert i više, kako u čvrstom stanju, tako i u rastvoru. Iznad Шаблон:Convert, ova razgradnja može nastupiti eksplozivno. Razgradnja je reakcija prvog reda i značajno je brža u rastvoru nego u čvrstom stanju. Za čvrsto stanje, sledeća reakcija može se formulisati:

C₂(NO₂)₆ → 3 NO₂ + NO + N₂O + 2 CO₂

Za razgradnju u rastvoru, prvo se formira tetranitroetilen, koji može biti uhvaćen i detektovan kao Dils–Alderov adukt, na primer sa antracenom ili ciklopentadienom.

Heksanitroetan može postojati u dva polimorfna kristalna oblika. Ispod temperature od Шаблон:Convert prisutan je kristalni oblik II. Na tački topljenja pri Шаблон:Convert dolazi do formiranja kristalnog oblika I, sa entalpijom transformacije od 12,4 kJ·mol⁻¹. Kristalni oblik I se topi na Шаблон:Convert.

Heksanitroetan je supstanca opasna po eksploziju u skladu sa Zakonom o eksplozivima. Važni parametri eksplozije su:

Tabela sa važnim eksplozivno relevantnim svojstvima:

Balans kiseonika	42,7 %
Sadržaj azota	28,01 %
Normalni gasni volumen	678 l·kg−1
Eksplozivna toplota	3020 kJ·kg−1
Specifična energija	813 kJ·kg−1 (68,1 mt/kg)
Trauzl test	24,5 cm3·g−1
Brzina detonacije	4950 m·s−1
Tačka upinjavanja	175 °C
Osetljivost na udar	10 Nm
Osetljivost na trenje	sa 253 N opterećenje iglom do razlaganja

Osobine

Osobina	Vrednost
Broj akceptora vodonika	12
Broj donora vodonika	0
Broj rotacionih veza	7
Particioni koeficijent (-{ALogP)}-	2,7
Rastvorljivost (-{logS, log(mol/L}-))	-14,6
Polarna površina (-{PSA}-, Å2)	274,9

Prikaz i dobijanje

Prvu sintezu opisao je već 1914. godine Vilhelm Vil. Ona se postiže reakcijom kalijumove soli tetranitroetana sa azotnom kiselinom.

${\mathrm{C}}_{\mathrm{2}}\mathrm{(}\mathrm{N}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}{\mathrm{)}}_{\mathrm{4}}{\mathrm{K}}_{\mathrm{2}}\mathrm{+}\mathrm{4}\mathrm{H}\mathrm{N}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}\mathrm{⟶}{\mathrm{C}}_{\mathrm{2}}\mathrm{(}\mathrm{N}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}{\mathrm{)}}_{\mathrm{6}}\mathrm{+}\mathrm{2}\mathrm{K}\mathrm{N}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}\mathrm{+}\mathrm{2}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}$

Kalijumova so tetranitroetana može se dobiti u sekvenci sinteze koja počinje od tribromnitrometana. U prvom koraku dolazi do dimerizacije u tetrabromdinitroetan.

$\mathrm{2}\mathrm{C}\mathrm{(}\mathrm{N}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}\mathrm{)}\mathrm{B}{\mathrm{r}}_{\mathrm{3}}\mathrm{+}\mathrm{K}\mathrm{C}\mathrm{N}\mathrm{⟶}\mathrm{B}{\mathrm{r}}_{\mathrm{2}}\mathrm{(}\mathrm{N}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}\mathrm{)}\mathrm{C}\mathrm{-}\mathrm{C}\mathrm{(}\mathrm{N}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}\mathrm{)}\mathrm{B}{\mathrm{r}}_{\mathrm{2}}\mathrm{+}\mathrm{B}\mathrm{r}\mathrm{C}\mathrm{N}\mathrm{+}\mathrm{K}\mathrm{B}\mathrm{r}$

U drugom koraku dolazi do nukleofilne supstitucije sa kalijum-nitritom da bi se dobio dibromtetranitroetan.

$\mathrm{B}{\mathrm{r}}_{\mathrm{2}}\mathrm{(}\mathrm{N}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}\mathrm{)}\mathrm{C}\mathrm{-}\mathrm{C}\mathrm{(}\mathrm{N}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}\mathrm{)}\mathrm{B}{\mathrm{r}}_{\mathrm{2}}\mathrm{+}\mathrm{2}\mathrm{K}\mathrm{N}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}\mathrm{⟶}\mathrm{B}\mathrm{r}\mathrm{(}\mathrm{N}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}{\mathrm{)}}_{\mathrm{2}}\mathrm{C}\mathrm{-}\mathrm{C}\mathrm{(}\mathrm{N}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}{\mathrm{)}}_{\mathrm{2}}\mathrm{B}\mathrm{r}\mathrm{+}\mathrm{2}\mathrm{K}\mathrm{B}\mathrm{r}$

Tetranitroetanska so nastaje daljom reakcijom sa kalijum-cijanidom.

$\mathrm{B}\mathrm{r}\mathrm{(}\mathrm{N}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}{\mathrm{)}}_{\mathrm{2}}\mathrm{C}\mathrm{-}\mathrm{C}\mathrm{(}\mathrm{N}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}{\mathrm{)}}_{\mathrm{2}}\mathrm{B}\mathrm{r}\mathrm{+}\mathrm{2}\mathrm{K}\mathrm{C}\mathrm{N}\mathrm{⟶}{\mathrm{C}}_{\mathrm{2}}\mathrm{(}\mathrm{N}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}{\mathrm{)}}_{\mathrm{4}}{\mathrm{K}}_{\mathrm{2}}\mathrm{+}\mathrm{2}\mathrm{B}\mathrm{r}\mathrm{C}\mathrm{N}$

Praktična sinteza za industrijsku proizvodnju polazi od furfurala, , koji se u prvom koraku oksidativnim otvaranjem prstena bromuje u mukobromsku kiselinu (2,3-dibrommalealdehidnu kiselinu). Alternativno, može se koristiti i furan-2-karboksilna kiselina kao reaktant. U sledećem koraku, mukobromna kiselina reakcijom sa kalijum-nitritom na temperaturama nešto ispod sobne, prelazi u dipotazijumovu so 2,3,3-trinitropropanalaldehida. Ciljna supstanca se dobija nitratacijom ove soli sa azotnom i sumpornom kiselinom na Шаблон:Convert.

Literatura

• Шаблон:Clayden1st
• Шаблон:March6th
• Шаблон:Katritzky2nd

Spoljašnje veze

• Шаблон:PubChemInCheKey

• WebBook page for C2N6O12