Heksanitroetan

Heksanitroetan
Nazivi
	Preferisani IUPAC naziv Heksanitroetan
Identifikacija
CAS broj	918-37-6 ;
3D model (Jmol)	interaktivna slika;
ChemSpider	55174 ;
ECHA InfoCard	100.011.857
EC broj	213-042-1
PubChem C ID	61232;
	SMILES C(C([N+](=O)[O-])([N+](=O)[O-])[N+](=O)[O-])([N+](=O)[O-])([N+](=O)[O-])[N+](=O)[O-]; ; ; ; ; ;
Svojstva
Hemijska formula	C2N6O12
Molarna masa	300,0544
Tačka topljenja	135 °C (275 °F; 408 K)
Srodna jedinjenja
Srodna jedinjenja	Nitroetan; Tetranitrometan; Trinitrometan; Heksanitrobenzen; Octanitrocubane
	Ukoliko nije drugačije napomenuto, podaci se odnose na standardno stanje materijala (na 25 °C [77 °F], 100 kPa).
	verifikuj (šta je ?)
	Reference infokutije

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 135 °C (275 °F; 408 K).

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. ^[3]

Priprema

Prvu sintezu opisao je Wilhelm Will 1914. godine, koristeći reakciju između kalijumove soli tetranitroetana sa azotnom kiselinom. ^[4]

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

Praktičan metod za industrijsku upotrebu počinje sa furfuralom, ^[5] koji prvo prolazi kroz oksidativno otvaranje prstena bromom do mukobromske kiseline. ^[6] 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 −60 °C (−76 °F; 213 K).

Svojstva

Termalna razgradnja heksanitroetana je zabeležena na temperaturi od 60 °C (140 °F; 333 K) i više, kako u čvrstom stanju, tako i u rastvoru. ^[7] Iznad 140 °C (284 °F; 413 K), ova razgradnja može nastupiti eksplozivno. ^[8] Razgradnja je reakcija prvog reda i značajno je brža u rastvoru nego u čvrstom stanju. Za čvrsto stanje, sledeća reakcija može se formulisati: ^[7]

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. ^[9] ^[10]

Heksanitroetan može postojati u dva polimorfna kristalna oblika. ^[11] Ispod temperature od 18 °C (64 °F; 291 K) prisutan je kristalni oblik II. Na tački topljenja pri 18 °C (64 °F; 291 K) dolazi do formiranja kristalnog oblika I, sa entalpijom transformacije od 12,4 kJ·mol⁻¹. ^[11] Kristalni oblik I se topi na 135 °C (275 °F; 408 K). ^[12]

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 %^[12]
Sadržaj azota	28,01 %^[12]
Normalni gasni volumen	678 l·kg⁻¹^[12]
Eksplozivna toplota	3020 kJ·kg⁻¹^[12]
Specifična energija	813 kJ·kg⁻¹ (68,1 mt/kg)^[12]
Trauzl test	24,5 cm³·g⁻¹^[12]
Brzina detonacije	4950 m·s⁻¹^[12]
Tačka upinjavanja	175 °C^[12]
Osetljivost na udar	10 Nm^[12]
Osetljivost na trenje	sa 253 N opterećenje iglom do razlaganja^[12]

Osobine

Osobina	Vrednost
Broj akceptora vodonika	12
Broj donora vodonika	0
Broj rotacionih veza	7
Particioni koeficijent^[13] (ALogP)	2,7
Rastvorljivost^[14] (logS, log(mol/L))	-14,6
Polarna površina^[15] (PSA, Å²)	274,9

Prikaz i dobijanje

Prvu sintezu opisao je već 1914. godine Vilhelm Vil. ^[16] Ona se postiže reakcijom kalijumove soli tetranitroetana sa azotnom kiselinom. ^[17]

\mathrm {C_{2}(NO_{2})_{4}K_{2}+4\ HNO_{3}\longrightarrow C_{2}(NO_{2})_{6}+2\ KNO_{3}+2\ H_{2}O}

Kalijumova so tetranitroetana može se dobiti u sekvenci sinteze koja počinje od tribromnitrometana. ^[17] U prvom koraku dolazi do dimerizacije u tetrabromdinitroetan.

\mathrm {2\ C(NO_{2})Br_{3}+KCN\longrightarrow Br_{2}(NO_{2})C-C(NO_{2})Br_{2}+BrCN+KBr}

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

\mathrm {Br_{2}(NO_{2})C-C(NO_{2})Br_{2}+2\ KNO_{2}\longrightarrow Br(NO_{2})_{2}C-C(NO_{2})_{2}Br+2\ KBr}

Tetranitroetanska so nastaje daljom reakcijom sa kalijum-cijanidom.

\mathrm {Br(NO_{2})_{2}C-C(NO_{2})_{2}Br+2\ KCN\longrightarrow C_{2}(NO_{2})_{4}K_{2}+2\ BrCN}

Praktična sinteza za industrijsku proizvodnju polazi od furfurala, ,^[18] koji se u prvom koraku oksidativnim otvaranjem prstena bromuje u mukobromsku kiselinu (2,3-dibrommalealdehidnu kiselinu). ^[19] Alternativno, može se koristiti i furan-2-karboksilna kiselina kao reaktant. ^[20] U sledećem koraku, mukobromna kiselina reakcijom sa kalijum-nitritom na temperaturama nešto ispod sobne, prelazi u dipotazijumovu so 2,3,3-trinitropropanalaldehida. ^[18] Ciljna supstanca se dobija nitratacijom ove soli sa azotnom i sumpornom kiselinom na −60 °C (−76 °F; 213 K). ^[18]

Reference

^ Li Q, Cheng T, Wang Y, Bryant SH (2010). „PubChem as a public resource for drug discovery.”. Drug Discov Today. 15 (23-24): 1052—7. PMID 20970519. doi:10.1016/j.drudis.2010.10.003. уреди
^ Evan E. Bolton; Yanli Wang; Paul A. Thiessen; Stephen H. Bryant (2008). „Chapter 12 PubChem: Integrated Platform of Small Molecules and Biological Activities”. Annual Reports in Computational Chemistry. 4: 217—241. doi:10.1016/S1574-1400(08)00012-1.
^ Compatibility Testing of Hexanitroethane with Boron Архивирано септембар 30, 2007 на сајту Wayback Machine
^ Will, W. (1914). „Über das Hexanitro-äthan”. Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft (на језику: немачки). 47 (1): 961—965. doi:10.1002/cber.191404701154.
^ US 3101379, "Synthesis of hexanitroethane", issued 1961-01-04
^ Taylor, G. (2015). „MUCOBROMIC ACID”. Organic Syntheses: 11—12. doi:10.15227/orgsyn.000.0011.
^ ^а ^б Marshall, Henry P.; Borgardt, Frank G.; Noble, Paul (1965). „Thermal Decomposition of Hexanitroethane 1a,b”. The Journal of Physical Chemistry (на језику: енглески). 69 (1): 25—29. ISSN 0022-3654. doi:10.1021/j100885a007.
^ Bretherick, L. (18. 3. 2017). Bretherick's Handbook of Reactive Chemical hazards. Urben, P. G. (8th изд.). Amsterdam. стр. 240—241. ISBN 978-0-08-101059-4. OCLC 982005430.
^ Griffin, T. Scott; Baum, Kurt (1980). „Tetranitroethylene. In situ formation and Diels-Alder reactions”. The Journal of Organic Chemistry (на језику: енглески). 45 (14): 2880—2883. ISSN 0022-3263. doi:10.1021/jo01302a024.
^ Tzeng, Dongjaw; Baum, Kurt (1983). „Reactions of hexanitroethane with alcohols”. The Journal of Organic Chemistry (на језику: енглески). 48 (26): 5384—5385. ISSN 0022-3263. doi:10.1021/jo00174a053.
^ ^а ^б Krien, G.; Licht, H.H.; Trimborn, F.: A phase transition of hexanitroethane (HNE) in Explosivstoffe 9 (1970) 203–207.
^ ^а ^б ^в ^г ^д ^ђ ^е ^ж ^з ^и ^ј Köhler, J.; Meyer, R.; Homburg, A.: Explosivstoffe. стр. 165. ISBN 978-3-527-32009-7. , deseto, potpuno revidirano izdanje. Wiley-VCH, Weinheim 2008, str. .
^ 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.
^ Will, W.: Über das Hexanitro-äthan in Chemische Berichte 47 (1914) 961–965, doi:10.1002/cber.191404701154.
^ ^а ^б Urbanski, T.: Chemistry and Technology of Explosives, Vol. 1, Pergamon Press/PWN - Polish Scientific Publishers 1964, S. 596.
^ ^а ^б ^в US 0
^ Taylor, G.A.: Mucobromic Acid. In: Organic Syntheses, Coll. Vol. 4 (1963), S. 688, doi:10.1002/0471264180.os900.13 (PDF).
^ „Mukobromska kiselina”. Org. Synth. 27: 60. 1947. doi:10.15227/orgsyn.027.0060.

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

Hexanitroethane

WebBook page for C2N6O12

[1] Li Q, Cheng T, Wang Y, Bryant SH (2010). „PubChem as a public resource for drug discovery.”. Drug Discov Today. 15 (23-24): 1052—7. PMID 20970519. doi:10.1016/j.drudis.2010.10.003. уреди

[2] Evan E. Bolton; Yanli Wang; Paul A. Thiessen; Stephen H. Bryant (2008). „Chapter 12 PubChem: Integrated Platform of Small Molecules and Biological Activities”. Annual Reports in Computational Chemistry. 4: 217—241. doi:10.1016/S1574-1400(08)00012-1.

[3] Compatibility Testing of Hexanitroethane with Boron Архивирано септембар 30, 2007 на сајту Wayback Machine

[4] Will, W. (1914). „Über das Hexanitro-äthan”. Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft (на језику: немачки). 47 (1): 961—965. doi:10.1002/cber.191404701154.

[5] US 3101379, "Synthesis of hexanitroethane", issued 1961-01-04

[6] Taylor, G. (2015). „MUCOBROMIC ACID”. Organic Syntheses: 11—12. doi:10.15227/orgsyn.000.0011.

[Marshall-7] а ^б Marshall, Henry P.; Borgardt, Frank G.; Noble, Paul (1965). „Thermal Decomposition of Hexanitroethane 1a,b”. The Journal of Physical Chemistry (на језику: енглески). 69 (1): 25—29. ISSN 0022-3654. doi:10.1021/j100885a007.

[8] Bretherick, L. (18. 3. 2017). Bretherick's Handbook of Reactive Chemical hazards. Urben, P. G. (8th изд.). Amsterdam. стр. 240—241. ISBN 978-0-08-101059-4. OCLC 982005430.

[9] Griffin, T. Scott; Baum, Kurt (1980). „Tetranitroethylene. In situ formation and Diels-Alder reactions”. The Journal of Organic Chemistry (на језику: енглески). 45 (14): 2880—2883. ISSN 0022-3263. doi:10.1021/jo01302a024.

[10] Tzeng, Dongjaw; Baum, Kurt (1983). „Reactions of hexanitroethane with alcohols”. The Journal of Organic Chemistry (на језику: енглески). 48 (26): 5384—5385. ISSN 0022-3263. doi:10.1021/jo00174a053.

[Krien-11] а ^б Krien, G.; Licht, H.H.; Trimborn, F.: A phase transition of hexanitroethane (HNE) in Explosivstoffe 9 (1970) 203–207.

[Explosivstoffe-12] а ^б ^в ^г ^д ^ђ ^е ^ж ^з ^и ^ј Köhler, J.; Meyer, R.; Homburg, A.: Explosivstoffe. стр. 165. ISBN 978-3-527-32009-7. , deseto, potpuno revidirano izdanje. Wiley-VCH, Weinheim 2008, str. .

[13] 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.

[14] 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.

[15] 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.

[16] Will, W.: Über das Hexanitro-äthan in Chemische Berichte 47 (1914) 961–965, doi:10.1002/cber.191404701154.

[Urbanski1-17] а ^б Urbanski, T.: Chemistry and Technology of Explosives, Vol. 1, Pergamon Press/PWN - Polish Scientific Publishers 1964, S. 596.

[Gallaghan-18] а ^б ^в US 0

[19] Taylor, G.A.: Mucobromic Acid. In: Organic Syntheses, Coll. Vol. 4 (1963), S. 688, doi:10.1002/0471264180.os900.13 (PDF).

[20] „Mukobromska kiselina”. Org. Synth. 27: 60. 1947. doi:10.15227/orgsyn.027.0060.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

[17]

[18]

[19]

[20]