Struktura kwasu pikrynowego, synteza, właściwości i zastosowania

The kwas pikrynowy jest wysoce nitrowanym organicznym związkiem chemicznym, którego nazwa IUPAC to 2,4,6-trinitrofenol. Jego wzór cząsteczkowy to C₆H₂(NIE₂)₃OH. Jest to bardzo kwaśny fenol, który można znaleźć jako pikrynian sodu, amonu lub potasu; to znaczy w swojej formie jonowej C₆H₂(NIE₂)₃ONa.

Jest to bryła o mocnym smaku gorzkim, a stąd wywodzi się od greckiego słowa „prikos”, co oznacza gorzki smak. Występuje jako mokre żółte kryształy. Jego suszenie lub odwodnienie jest niebezpieczne, ponieważ zwiększa niestabilne właściwości, które czynią go wybuchowym.

Powyżej znajduje się cząsteczka kwasu pikrynowego. Na obrazie trudno jest rozpoznać wiązania i atomy, ponieważ odpowiada to reprezentacji jego powierzchni Van der Waalsa. Strukturę molekularną omówiono bardziej szczegółowo w następnym rozdziale.

Niektóre związki pośrednie, różne sole pikrynianu i kompleksy kwasu pikrynowego są syntetyzowane z kwasu pikrynowego..

Kwas pikrynowy jest stosowany jako baza do syntezy barwników stałych o żółtych barwach. Niektórzy patolodzy i badacze wykorzystują go do utrwalania lub barwienia skrawków tkanek i innych procesów immunohistochemicznych.

Jest bardzo przydatny w przygotowywaniu produktów farmaceutycznych. Ponadto jest stosowany do produkcji zapałek lub zapałek i materiałów wybuchowych. Stosuje się go także do grawerowania metali, do produkcji szkła barwnego oraz do kolorymetrycznego oznaczania parametrów biologicznych, takich jak kreatynina.

Z drugiej strony kwas pikrynowy działa drażniąco na skórę, śluzówkę dróg oddechowych, oczu i przewodu pokarmowego. Oprócz zranienia skóry może poważnie wpływać na nerki, krew i wątrobę, między innymi narządami.

Indeks

• 1 Struktura
  • 1.1 Kwas fenolowy
  • 1.2 Struktura krystaliczna
• 2 Podsumowanie
  • 2.1 Bezpośrednie nitrowanie fenolu
• 3 Właściwości fizyczne i chemiczne
  • 3.1 Masa cząsteczkowa
  • 3.2 Wygląd fizyczny
  • 3.3 Zapach
  • 3.4 Smak
  • 3.5 Temperatura topnienia
  • 3.6 Temperatura wrzenia
  • 3.7 Gęstość
  • 3.8 Rozpuszczalność
  • 3.9 Korozyjność
  • 3,10 pKa
  • 3.11 Niestabilność
• 4 zastosowania
  • 4.1 Badania
  • 4.2 Chemia organiczna
  • 4.3 W branży
  • 4.4 Zastosowania wojskowe
• 5 Toksyczność
• 6 referencji

Struktura

Na górnym obrazie wszystkie linki i sama struktura cząsteczki kwasu pikrynowego są pokazane bardziej szczegółowo. Składa się z fenolu z trzema podstawnikami nitrowymi.

Widać to w grupach NO₂ atom azotu ma dodatni ładunek cząstkowy, a zatem zapotrzebowanie na gęstość elektronową jego otoczenia. Ale pierścień aromatyczny również przyciąga elektrony do siebie, a przed trzema NIE₂ kończy się rezygnacją z części własnej gęstości elektronicznej.

W konsekwencji, tlen grupy OH ma tendencję do dzielenia się jedną ze swoich wolnych par elektronicznych w celu dostarczenia niedoboru elektronicznego, którego doznał pierścień; W ten sposób powstaje łącze C = O⁺-H. To częściowe częściowe obciążenie tlenem osłabia wiązanie O-H i zwiększa kwasowość; to znaczy, zostanie uwolniony jako jon wodorowy, H⁺.

Kwas fenolowy

Z tego powodu związek ten jest wyjątkowo silnym (i reaktywnym) kwasem, nawet bardziej niż sam kwas octowy. Związek jest jednak fenolem, którego kwasowość przewyższa kwasowość innych fenoli; z powodu, jak już wspomniano, podstawników NO₂.

Dlatego, ponieważ jest to fenol, grupa OH ma pierwszeństwo i kieruje wyliczeniem w strukturze. Trzy NIE₂ znajdują się one w węglach 2, 4 i 6 pierścienia aromatycznego w stosunku do OH. Stąd nomenklatura IUPAC dla tego związku: 2,4,6-Trinitrofenol (TNP, dla jego akronimu w języku angielskim).

Jeśli grupy NIE były₂, lub jeśli w pierścieniu było ich mniej, wiązanie O-H słabłoby mniej, a zatem związek miałby niższą kwasowość.

Struktura krystaliczna

Cząsteczki kwasu pikrynowego są rozmieszczone w taki sposób, aby sprzyjać ich oddziaływaniom międzycząsteczkowym; albo do tworzenia mostków wodorowych między grupami OH i NO₂, siły dipol-dipol lub odpychanie elektrostatyczne między wadliwymi obszarami elektronów.

Można się spodziewać, że grupy NIE₂ odpychały się i były zorientowane w kierunku sąsiednich pierścieni aromatycznych. Ponadto pierścienie nie mogły być wyrównane jedna nad drugą przez zwiększenie odpychania elektrostatycznego.

Produkt wszystkich tych oddziaływań, kwas pikrynowy tworzy trójwymiarową sieć, która definiuje kryształ; którego komórka jednostkowa odpowiada systemowi kryształu typu rombowego.

Synteza

Początkowo był syntetyzowany z naturalnych związków, takich jak między innymi pochodne rogów zwierzęcych, żywice naturalne. Od 1841 r. Fenol stosuje się jako prekursor kwasu pikrynowego, podążając kilkoma drogami lub stosując różne procedury chemiczne.

Jak już wspomniano, jest to jeden z najbardziej kwaśnych fenoli. Aby go zsyntetyzować, należy najpierw poddać fenol procesu sulfonowania, a następnie przeprowadzić procedurę nitrowania.

Sulfonowanie bezwodnego fenolu prowadzi się przez traktowanie fenolu dymiącym kwasem siarkowym, z aromatycznymi substancjami elektrofilowymi H za pomocą grup sulfonianowych, SO₃H, w pozycji -ort i-dla grupy OH.

Do tego produktu, kwas 2,4-fenoldisulfonowy, przeprowadza się proces nitrowania, traktując go stężonym kwasem azotowym. W ten sposób dwie grupy SO₃H są zastąpione przez grupy nitrowe, NO₂, a trzecia wchodzi w drugą pozycję nitrową. Poniższe równanie chemiczne ilustruje to:

Bezpośrednie nitrowanie fenolu

Proces nitrowania fenolu nie może być przeprowadzony bezpośrednio, ponieważ generowane są smoły o dużej masie cząsteczkowej. Ta metoda syntezy wymaga bardzo starannej kontroli temperatury, ponieważ jest bardzo egzotermiczna:

Kwas pikrynowy można otrzymać przez przeprowadzenie bezpośredniego procesu nitrowania 2,4-dinitrofenolu za pomocą kwasu azotowego.

Inną formą syntezy jest traktowanie benzenu kwasem azotowym i azotanem rtęciowym.

Właściwości fizyczne i chemiczne

Masa cząsteczkowa

229,104 g / mol.

Wygląd fizyczny

Masowa lub żółta zawiesina mokrych kryształów.

Zapach

Jest bezwonny.

Smak

Jest bardzo gorzki.

Temperatura topnienia

122,5 ° C.

Temperatura wrzenia

300 ° C Ale kiedy się topi, wybucha.

Gęstość

1,77 g / ml.

Rozpuszczalność

Jest to związek średnio rozpuszczalny w wodzie. To dlatego, że ich grupy OH i NO₂ mogą oddziaływać z cząsteczkami wody poprzez wiązania wodorowe; chociaż pierścień aromatyczny jest hydrofobowy, a zatem jego rozpuszczalność jest osłabiona.

Korozyjność

Kwas pikrynowy jest ogólnie żrący dla metali, z wyjątkiem cyny i aluminium.

pKa

0,38. Jest to silny kwas organiczny.

Niestabilność

Kwas pikrynowy charakteryzuje się niestabilnymi właściwościami. Stanowi zagrożenie dla środowiska, jest niestabilny, wybuchowy i toksyczny.

Należy go przechowywać szczelnie zamknięty, aby uniknąć odwodnienia, ponieważ kwas pikrynowy jest bardzo wybuchowy, jeśli pozwoli się na wyschnięcie. Trzeba być bardzo ostrożnym z jego bezwodną postacią, ponieważ jest bardzo wrażliwy na tarcie, wstrząsy i ciepło.

Kwas pikrynowy należy przechowywać w wentylowanych, chłodnych miejscach, z dala od utlenialnych materiałów. Działa drażniąco na skórę i błony śluzowe, nie należy go połykać i działa toksycznie na organizm.

Używa

Kwas pikrynowy jest szeroko stosowany w badaniach, chemii, przemyśle i wojsku.

Dochodzenie

Stosowany jako utrwalacz komórek i tkanek, poprawia wyniki ich zabarwienia za pomocą barwników kwasowych. Dzieje się tak z metodami kolorowania trójchromowego. Po utrwaleniu tkanki formaliną zaleca się nowe utrwalenie kwasem pikrynowym.

W ten sposób gwarantowana jest intensywna i bardzo jasna kolorystyka tkanek. Dobre wyniki nie są uzyskiwane przy użyciu podstawowych barwników. Należy jednak podjąć środki ostrożności, ponieważ kwas pikrynowy może hydrolizować DNA, jeśli pozostało zbyt dużo czasu.

Chemia organiczna

-W chemii organicznej jest stosowany jako pikryniany alkaliczne do przeprowadzania identyfikacji i analizy różnych substancji.

-Jest stosowany w chemii analitycznej metali.

-W laboratoriach klinicznych stosuje się go do oznaczania poziomu kreatyniny w surowicy i moczu.

-Został on również wykorzystany w niektórych odczynnikach, które są używane do analizy poziomów glukozy.

W branży

-Na poziomie przemysłu fotograficznego kwas pikrynowy jest stosowany jako czynnik uczulający w emulsjach fotograficznych. Był on częścią rozwoju produktów, takich jak między innymi pestycydy, silne środki owadobójcze.

-Kwas pikrynowy jest stosowany do syntezy innych pośrednich związków chemicznych, takich jak na przykład chloropikryna i kwas pikramowy. Niektóre leki i barwniki dla przemysłu skórzanego zostały opracowane z tych związków.

-Kwas pikrynowy zaczął być stosowany w leczeniu oparzeń, jako środek antyseptyczny i inne warunki, zanim udowodniono jego toksyczność.

-Ważny element ze względu na jego wybuchowy charakter w produkcji zapałek i baterii.

Aplikacje wojskowe

-Ze względu na wysoką wybuchowość kwasu pikrynowego został on użyty w wojskowych fabrykach amunicji.

-Tłoczony i stopiony kwas pikrynowy był używany w pociskach artyleryjskich, granatach, bombach i minach.

-Sól amonowa kwasu pikrynowego została użyta jako materiał wybuchowy, jest bardzo silna, ale mniej stabilna niż TNT. Przez pewien czas był używany jako składnik paliwa rakietowego.

Toksyczność

Udowodniono, że jest bardzo toksyczny dla ludzkiego ciała i ogólnie dla wszystkich żywych istot.

Zaleca się unikanie wdychania i spożycia ze względu na ostrą toksyczność doustną. Powoduje również mutację w mikroorganizmach. Przedstawia toksyczne skutki dla dzikiej przyrody, ssaków i ogólnie w środowisku.

Referencje

1. Graham Solomons T.W., Craig B. Fryhle. (2011). Chemia organiczna. Aminy (10^th wydanie.). Wiley Plus.
2. Carey F. (2008). Chemia organiczna (Szósta edycja). Mc Graw Hill.
3. Wikipedia. (2018). Kwas pikrynowy. Źródło: en.wikipedia.org
4. Purdue University. (2004). Eksplozja kwasu pikrynowego. Źródło: chemed.chem.purdue.edu
5. Projekt Crystallography 365. (10 lutego 2014). Mniej niż łagodny żółty - struktura kwasu pikrynowego. Źródło: crystalography365.wordpress.com
6.  PubChem. (2019). Kwas pikrynowy Źródło: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
7. Baker, J. R. (1958). Kwas pikrynowy Methuen, Londyn, Wielka Brytania.