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三硝基苯酚
來源:互聯網

三硝基苯酚(英文名:picric Acid )是一種有機化合物,化學名為2,4,6-三硝基苯酚,苯酚的三硝基取代物,受硝基吸電子效應的影響而有很強的酸性,炸藥的一種,縮寫TNP、PA。因其具有強烈的苦味,又稱苦味酸。分子式為C6H3N3O7。

三硝基苯酚為淡黃色有光澤的結晶,沒有氣味,具有強烈的苦味,有毒,比重1.762(20℃),熔點122.3℃,難溶于四氯化碳,微溶于二硫化碳,溶于熱水、乙醇乙醚,易溶于丙酮、苯等有機溶劑。干燥的三硝基苯酚受到輕微振動就可能發生爆炸,故保存和運輸時應處于濕潤狀態。三硝基苯酚于1771年由英國的沃爾夫用將硝酸作用于靛藍而首次獲得該化合物,最初作為黃色染料使用。1885年,法國開始將其用于裝填彈藥,應用于戰爭。

三硝基苯酚是一種多用途化學物質,在軍事、工業和科研等方面具有重要應用。該物質作為爆炸材料用于制備炸藥,曾廣泛運用在戰爭中。其還可在比色分析中用于測定鉀含量,質量分析中測定鉍的含量,以及在檢定氰[qíng]化物等方面均有顯著作用。在醫學上,三硝基苯酚具有殺菌和止痛的功能,還可以制成波因氏溶液。但是,該物質具有一定毒性,可通過多種途徑侵入人體,可能導致皮膚黃染和各種炎癥。長期接觸還可能引起一系列慢性中毒癥狀,如頭痛、惡心、食欲減退等。

相關歷史

在1771年,英國化學家彼得·沃爾夫的實驗室內,一個偶然的發現揭示了硝酸靛青混合的反應,產生了一種黃色物質,即后來被廣泛認知的三硝基苯酚,俗稱苦味酸。最初,這種物質僅被視為一種黃色染料,直至1871年,德裔英國化學家赫爾曼·斯普倫格爾的研究顛覆了人們對三硝基苯酚的認識,證實了其強大的起爆能力。進一步的研究促進了三硝基苯酚的應用發展,1885年,法國化學家尤金·特平基于斯普倫格爾的成果,成功申請了三硝基苯酚在爆破藥包和炮彈中的應用專利。隨后的1887年,法國成為首個開始使用三硝基苯酚與硝化纖維素混合物——麥寧炸藥的國家。1891年,日本化學家下瀨雅允制得了類似的炸藥,并在1893年,將三硝基苯酚炸藥成功應用于海軍炮彈的彈頭填充藥,這在當時標志著軍事技術的一大進步。

在1894年的甲午海戰中,三硝基苯酚炸藥的首次運用標志著海戰武器技術的一次重大進步。北洋水師主要依賴的是裝填黑火藥的達姆彈和實心彈。開花彈雖然具有一定的破壞力,但由于當時中國的工業基礎薄弱,其制造質量參差不齊,大大降低了實戰效能。實心彈則更多依賴物理沖擊,缺乏足夠的爆炸威力,其戰斗效果極為有限。相比之下,日本海軍采用的三硝基苯酚炸藥則展現出了壓倒性的優勢。這種炸藥不僅爆炸威力巨大,而且能產生持續的高溫火焰,對敵艦造成嚴重的灼燒損傷。三硝基苯酚炸藥的成功應用,不僅改變了甲午海戰的戰局,也為后世海戰武器的發展開辟了新的道路。

1898年,恩圖曼戰役,英軍在基奇納將軍的領導下,采用了三硝基苯酚炮艦,并配備了步槍和三硝基苯酚大炮,這在現代戰爭史上尚屬首次。1899年,三硝基苯酚被用于第二次布爾戰爭,但是潮濕的苦味酸很難被引爆,在下雨或潮濕的時候經常會出現啞火現象。第一次世界大戰時,在德國蓬勃發展的煤焦油工業提供了芳香烴原料,而哈伯法又提供了最重要的硝酸,三硝基苯酚炸藥被廣泛使用,一戰期間,德國人購買了美國供應的苯酚,并將其轉化為乙水楊酸(阿司匹林),以防止美國獲得三硝基苯酚炸藥,并用于對反法西斯同盟的戰爭。第二次世界大戰時,三硝基苯酚仍然是優先選用的炸藥,二戰后因為三硝基苯酚毒性大,被新發明的炸藥所取代。

理化性質

物理

三硝基苯酚,為淡黃色有光澤的針狀或塊狀晶體結晶,屬于斜方-雙角錐晶系。無臭,具有強烈的苦味。比重1.762(20℃),熔點122.3℃。相對密度1.767,熔點122.3℃,沸點300℃以上(升華),閃點150℃。難溶于四氯化碳,微溶于二硫化碳,溶于熱水、乙醇、乙醚,易溶于丙酮、苯等有機溶劑。在100g水中20℃時溶解1.2g,100℃時溶解6.2g。在100g沸乙醇中溶解66g;在100g乙醚中溶解21g(20℃)。自燃點為300℃,爆熱為5.024×10?J/Kg,爆速達到7350m/s,爆轟氣體體積為610L/Kg,燃燒熱值為1.119×10?J/Kg,而生成能為8.742×105J/Kg,撞擊感度為0.75千克m,氧平衡為-45.4%,蒸氣密度為7.90。

化學

三硝基苯酚能與多環芳經、雜環化合物、酚類、胺類形成加成物,因此利用苦味酸來鑒定、分離和提純這些化合物,例如用于的定量測定??辔端嵊休^強的酸性,可分解碳酸根,故以茜素磺酸鹽指示劑,用堿溶液直接滴定之。它易與普通金屬(鋁、錫除外)反應生成苦味酸鹽,其中以鉛鹽和鐵鹽最敏感,撞擊時極易爆炸。

三硝基苯酚可被強氧化劑氧化,沸騰的硝酸可將其氧化成草酸;與過硫酸銨共沸,發生完全的氧化反應:

三硝基苯酚的化學性質很活潑,加熱到300℃以上、捶擊或震動時會發生爆炸其可以用于制作彈藥,爆炸反應式為:

應用范圍

軍事

三硝基苯酚作為炸藥的應用受到了嚴重限制,原因在于其強烈的酸性能夠腐蝕彈殼,并且其生成的鐵鹽對震動和摩擦極為敏感,這使得其作為炸藥的安全性大打折扣,因此在彈藥領域的使用已被完全淘汰。相比之下,三硝基甲苯表現出了極高的穩定性,TNT對摩擦、震動等外界刺激表現出了較低的敏感度,甚至在槍擊下也難以引爆,因此其爆炸需要通過雷管來觸發。此外,TNT不會與金屬發生化學反應或吸收水分,使其能夠長期存儲。

化學化工

三硝基苯酚因其酸性特性,能與多種有機堿發生反應,生成難溶的苦味酸鹽晶體或穩定復鹽,廣泛應用于生物堿的沉淀及檢測領域。其蛋白質凝固能力亦使其成為理想的蛋白質沉淀試劑,是檢驗生物堿的重要工具。

在有機合成領域,三硝基苯酚作為關鍵中間體,對合成其他化學物質發揮著至關重要的作用。除化學分析與合成應用外,三硝基苯酚還在比色分析測定鉀、質量分析測定鉍、氰化物檢定等多個領域得到應用,同時也用于顯微鏡固定劑、制革劑、電池生產、蝕刻銅和制造彩色玻璃等工業材料的生產中。

醫學

三硝基苯酚具備顯著的殺菌和止痛功能,因而在處理燒傷方面有一定意義。通過將三硝基苯酚與甲醛、冰醋酸依照特定比例混合,能夠制備出波因氏溶液。此溶液是檢查原生動物時的優選固定液,顯示出其在微觀生物學研究中的重要作用。此外,三硝基苯酚與肌酸酐反應生成的橘紅色復合物,由于其生成速度與假肌酐的反應速度存在差異,因此可用于準確測定血清中肌酐的含量。

其他

三硝基苯酚酒精溶液,作為一種常用的化學浸蝕劑,廣泛應用于粉末冶金制品的顯微組織分析中。該溶液適用于燒結碳鋼和熱處理組織的研究,能有效顯示馬氏體和碳化物等微觀結構。通過使用三硝基苯酚酒精溶液,研究人員能夠更加清晰地觀察和分析材料的內部組織,為材料的性能評估和改進提供了技術支持。

制備方式

方法一:混合物(2,4和2,6-二硝基氯苯)以氫氧化鈉水解得2,4和2,6-二硝基酚鈉,酸化后用混酸硝化,經吸濾、水洗得三硝基苯酚

方法二:加熱苯酚,并注入硫酸,在100℃的情況下進行硝化反應,冷卻后形成三硝基苯酚。

安全事宜

GHS分類

參考資料:

健康危害

接觸三硝基苯酚粉塵后,常在面頰、口角、鼻翼兩側發生瘙癢、丘疹、水泡。重者皮膚浮腫脫皮,甚至成紅皮病。對眼、鼻、呼吸誼有刺激癥狀,引起結膜炎支氣管炎。吸收后,可使皮膚、結膜及其他粘膜以至尿、分泌物均染成黃色,視物亦發黃,口中發苦。短期大量吸收,可致暫時意識喪失,并可有衰弱無力、肌痛、無尿或多尿。

三硝基苯酚被認定為潛在的致敏物質,能夠引起全身性的毒性反應。LD50:200mg/kg(大鼠經口);56.3mg/kg(小鼠腹腔)。微生物致突變:鼠傷寒沙門菌5μmol/皿;大腸桿菌1800ppm。在慢性毒理學研究中,發現三硝基苯酚對溫血動物安全的濃度閾值超過0.5mg/L。當濃度達到200mg/L,經過26小時,實驗觀察到魚群體死亡;而在65.7mg/L的濃度下,三硝基苯酚即對魚類構成毒害。

在24℃條件下,240㎎/L的三硝基苯酚會在四天內導致柵列藻死亡,而88mg/L的濃度則在兩天內致水蚤死亡。然而,大腸桿菌在1000mg/L的高濃度下仍能生存。據此,三硝基苯酚對水體衛生造成不良影響的臨界濃度定為25mg/L。

存儲事宜

因為三硝基苯酚易發生爆炸,所以用玻璃瓶、木箱內襯塑料袋或木桶盛裝,并防止機械性損壞。置陰涼處,密封保存。大量貯存須放在炸藥庫內。為了運輸和貯存的安全,須浸潤10%以上的水。

急救措施

誤觸三硝基苯酚后,首要步驟是立即停止接觸并使用2%碳酸氫鈉溶液徹底清洗受影響區域,以減少化學物質對皮膚的進一步損害。隨后,為促進有害物質的排除,可采取適當的輸液措施,并內服堿性藥物以中和化學物質的酸性作用,減輕對機體的影響。若出現皮膚癥狀,應按照接觸性皮炎的處理原則進行治療,以緩解癥狀并促進皮膚恢復。

參考資料 >

惰性炸藥:“遲鈍”有時也是一種優秀.中國青年網.2024-02-02

Picric Acid | C6H3N3O7 | CID 6954 - PubChem.pubchem.2024-02-01

Picric Acid | C6H3N3O7 | CID 6954 - PubChem.pubchem.2024-02-02

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