Nitrogvanidin
| |||
Nazivi | |||
---|---|---|---|
IUPAC naziv
1-Nitroguanidine
| |||
Drugi nazivi
Pikrit
| |||
Identifikacija | |||
3D model (Jmol)
|
|||
ChEBI | |||
ChemSpider | |||
ECHA InfoCard | 100.008.313 | ||
| |||
Svojstva | |||
CH4N4O2 | |||
Molarna masa | 104,068 | ||
Agregatno stanje | Bezbojna kristalna čvrsta supstanca | ||
Gustina | 1,77 g/cm3 | ||
Tačka topljenja | 257 °C (495 °F; 530 K) | ||
3.45 g/kg (u vodi pri 25 °C (77 °F; 298 K)) | |||
Експлозивност | |||
Осетљивост на шок | > 50 J | ||
Осетљивост на трење | > 350 N | ||
Брзина детонације | |||
РЕ фактор | 1.00
| ||
Опасности | |||
Главне опасности | Eksploziv | ||
Безбедност приликом руковања | |||
| |||
Сродна једињења | |||
Сродна
|
|||
Сродна једињења
|
Gvanidin Gvanidin nitrat
| ||
Ukoliko nije drugačije napomenuto, podaci se odnose na standardno stanje materijala (na 25 °C [77 °F], 100 kPa). | |||
verifikuj (šta je ?) | |||
Reference infokutije | |||
Nitrogvanidin - ponekad skraćeno NGu, takođe nazvan pikrit - je bezbojno eksplozivno hemijsko jedinjenje, kristalna čvrsta supstanca koja nije direktno zapaljiva, koja ima veoma nisku eksplozivnu osetljivost i topi se na 257 °C (495 °F; 530 K) i raspada na 254 °C (489 °F; 527 K), ali zato ima veliku brzinu detonacije.[3] Nitrogvanidin je izuzetno neosetljiv, ali moćan eksploziv, takođe se koristi u bezdimnom barutu gde smanjuje plamen na izlazu iz cevi i smanjuje eroziju cevi i burenceta.[4] Vlaženje sa > 20 tež.% vode utiče na desenzibilizaciju sa HD 1.1 na HD 4.1 (zapaljiva čvrsta supstanca).[5] Nitrogvanidin se koristi kao energetski materijal, odnosno pogonsko gorivo ili visoko eksplozivno sredstvo, prekursor za insekticide i za druge svrhe.
Nitrogvanidin je takođe organsko jedinjenje, koje sadrži 1 atom ugljenika i ima molekulsku masu od 104,068 Da.
Istorija
[уреди | уреди извор]Nitrogvanidin je prvi izumeo L. Jousselin 1877. godine. Oko Drugog svetskog rata počeo je da se koristi kao barut.
Proizvodnja
[уреди | уреди извор]Nitrogvanidin je sintetisan po prvi put 1877. godine[3] nitracijom gvanidina[6], a zatim je sa velikim poteškoćama dobijen ekstrakcijom gvana.[7] Od 1930-ih,[3] industrijski se proizvodi dehidratacijom sumpornom kiselinom samog gvanidin nitrata[8] dobijenog reakcijom cijanamida ili dicijandiamida[9] i amonijum nitrata.[3] · [10] · [11] Gvanidin nitrat se takođe može proizvesti iz ureje i amonijum nitrata sa silicijum-dioksidnim katalizatorom[12]ali u laboratoriji se može pripremiti od uree O=C(NH
2)
2 i sulfaminske kiseline H
3NSO
3 da bi se dobio gvanidin sulfat koji je naknadno nitrovan u nitrogvanidin.[13]
Nitrogvanidin se proizvodi širom sveta u velikim razmerama počevši od reakcije dicijandiamida (DCD) sa amonijum nitratom da bi se dobila so gvanidinijum nitrata, koja se zatim nitrira tretmanom sa koncentrovanom sumpornom kiselinom na niskoj temperaturi.[14]
- [C(NH2)3]NO3 → (NH2)2CNNO2 + H2O
Nitrogvanidin se takođe može dobiti tretiranjem uree amonijum nitratom (preko BMA procesa). Međutim, zbog problema pouzdanosti i sigurnosti, ovaj proces nikada nije komercijalizovan uprkos svojim atraktivnim ekonomskim karakteristikama.
Osobine
[уреди | уреди извор]Osobina | Vrednost |
---|---|
Broj akceptora vodonika | 3 |
Broj donora vodonika | 3 |
Broj rotacionih veza | 2 |
Particioni koeficijent[15] (ALogP) | 1,2 |
Rastvorljivost[16] (logS, log(mol/L)) | -0,3 |
Polarna površina[17] (PSA, Å2) | 107,7 |
Karakteristike
[уреди | уреди извор]Nitrogvanidin je veoma neosetljiv i detonira tek nakon iniciranja detonatorom. Važni indikatori eksplozije su:
- Toplota eksplozije: 3062 kJ kg−1.[18]
- Temperatura detonacije: pri maksimalnoj gustini 2.530 °C (4.590 °F; 2.800 K)[19]
- Brzina detonacije: pri maksimalnoj gustini 8.546 m/s (28.040 ft/s)−1[18]
- Normalna zapremina gasa: 1075 l·kg−1.[20]
- Specifična energija: 932 kJ·kg−1.[20]
- Detonacioni pritisak: 29 GPa
- Temperatura detonacije: 2.540 °C (4.600 °F; 2.810 K)[19]
- Olovni blok: 305 cm3/10 g[20]
- Osetljivost na udar: do 50 Nm bez reakcije[21]
- Osetljivost na trenje: do 353 N opterećenje igle bez reakcije[21]
- Kritični prečnik pri gustini: pri gustini od 1,52 g/cm 3 < 14 mm[18]
- Ispitivanje čeličnog kućišta: sa graničnim prečnikom od 1 mm bez paljenja.[21]
Kao i kod svih eksploziva, brzina detonacije, vD, nitrogvanidina raste sa njegovom gustinom. vD sledi sledeći zakon u opsegu od 0,3 do 1,78 g·cm−3: vD = 1,44 + 4,015 gustina [mm·µs−1][22] (pogledajte i sledeću grafiku)
Nitrogvanidin je jedan od jakih, ali teško detonirajućih eksploziva. Ovo objašnjava snažnu zavisnost brzine detonacije od prečnika. Punjenje gustine 0,95 g/cm3 ima brzinu detonacije od 4.340 m/s (14.240 ft/s) u cevi unutrašnjeg prečnika 20 mm.
Sinteza
[уреди | уреди извор]Nitrogvanidin se može dobiti dehidratacijom gvanidin nitrata koncentrovanom sumpornom kiselinom.[23]
- H
2N-C(=NH)-H
2N·HNO
3 → H
2N-C(-NH
2)=N-NO
2 + H
2O
Reaktivnost
[уреди | уреди извор]Nitrogvanidin postoji u vodenoj sredini u dva oblika u tautomernoj ravnoteži jedan sa drugim, naime nitroimino oblik (1-nitrogvanidin) i nitroaminski oblik (2-nitrogvanidin). I u čvrstoj fazi i u rastvoru preovlađuje imin oblik.[24].
- H
2N-C(-NH
2)=N-NO
2 ⇄ HN=C(-NH
2)-NH-NO
2
Upotreba
[уреди | уреди извор]Eksplozivi
[уреди | уреди извор]Nitrogvanidin je u upotrebi od 1930-ih kao sastojak pogonskih goriva sa trostrukom bazom u kojima smanjuje temperaturu plamena, bljesak otvora i eroziju cevi pištolja, ali zadržava pritisak u komori zbog visokog sadržaja azota. Njegova ekstremna neosetljivost u kombinaciji sa niskom cenom učinila ga je popularnim sastojkom u neosetljivim visokoeksplozivnim formulacijama (npr. AFX-453, AFX-760, IMX-101, AL-IMX-101, IMX-103, itd.).[25]
Eksplozivno raspadanje nitrogvanidina je dato sledećom jednačinom:
- H4N4CO2 (s) → 2 H2O (g) + 2 N2 (g) + C (s)
Nitrogvanidin se koristi kao komponenta u prahovima sa trostrukom bazom, odnosno na bazi nitroceluloze, nitroglicerina i amino derivata kao što je nitrogvanidin. Tamo se koristi za smanjenje temperature blica bez uticaja na pritisak detonacije. Nitrogvanidin se ugrađuje kao fina suspenzija u bezdimni prah koji sadrži nitrocelulozu, nitroglicerin i često centralit.[26] Ovi prahovi su manje energetski gusti od prahova sa dvostrukom bazom, ali manje erodiraju cev pištolja.[27].
Pod ovim uslovima, dodatak nitrogvanidina u prahu omogućava smanjenje plamena na otvoru cevi uprkos povećanom stvaranju dima.[27] · [4].
Nitrogvanidin se takođe koristi u sastavu specifičnih takozvanih pudera niske osetljivosti (LOVA).[28] Ova goriva ne deflagriraju ili detoniraju kada su podvrgnuta toploti ili udaru ili pogođena oblikovanim punjenjem i stoga su bezbednija. Nitrogvanidin zatim zamenjuje eksplozive kao što je HMX i vezuje se za vezivo kao što je nitroceluloza ili polivinil nitrat i plastifikatori.[29]
Pesticidi
[уреди | уреди извор]Derivati nitrogvanidina se koriste kao insekticidi, koji imaju uporedivo dejstvo sa nikotinom. Derivati uključuju klotianidin, dinotefuran, imidakloprid i tiametoksam.
Biohemija
[уреди | уреди извор]Nitrozoilovani derivat, nitrozogvanidin, se često koristi za mutageizaciju bakterijskih ćelija za biohemijske studije.
Struktura
[уреди | уреди извор]Nakon nekoliko decenija debate, NMR spektroskopijom i difrakcijom rendgenskih zraka i neutrona moglo bi se potvrditi da nitrogvanidin postoji isključivo kao nitroimin tautomer i u čvrstom stanju i u rastvoru.[30][31][32]
Reference
[уреди | уреди извор]- ^ 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.
- ^ 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.
- ^ а б в г Ernst-Christian, Koch (2021). High explosives, propellants, pyrotechnics. De Gruyter. стр. 510. ISBN 978-3-11-066052-4.
- ^ а б Thomas M., Klapötke (2022-08-01). Chemistry of High-Energy Materials [Chemistry of High-Energy Materials]. De Gruyter. стр. 516. ISBN 978-3-11-073950-3. doi:10.1515/9783110739503. Приступљено 2023-07-30.
- ^ United Nations, Transport of Nitroguanidine, wetted, (UN 1336) in flexible IBCs, ST/SC/AC.10/C.3/2006/52, Geneva, 13 April 2006. Accessed at https://www.unece.org/fileadmin/DAM/trans/doc/2006/ac10c3/ST-SG-AC10-C3-2006-52e.pdf
- ^ M. W., Kirkwood; George F, Wright (1957-06-01). MECHANISM OF GUANIDINE NITRATION: II. TETRAETHYLNITROGUANIDINE. 35. Canadian Journal of Chemistry. стр. 527—540. ISSN 0008-4042. doi:10.1139/v57-074. Приступљено 2023-07-30. Непознати параметар
|issn2=
игнорисан (помоћ) - ^ A, Strecker (1861). Untersuchungen über die chemischen Beziehungen zwischen Guanin, Xanthin, Theobromin, Caffein und Kreatinin. 118. Annalen der Chemie und Pharmacie. стр. 151—177. doi:10.1002/jlac.18611180203.
- ^ Synthesis method of superfine nitroguanidine with particle size of less than 4.0um. 2020-03-24. Приступљено 2023-07-30.
- ^ „Organic Syntheses Procedure”. orgsyn.org. Приступљено 2023-07-30.
- ^ William H., Hill; Robert C., Swain; Joseph H., Paden (1941-08-12). Production of guanidine nitrate. Приступљено 2023-07-30.
- ^ Tenney L., Davis (1922-12-26). Guanidine nitrate. Приступљено 2023-07-30.
- ^ One-step safety production method of guanidine nitrate. 2012-04-11. Приступљено 2023-07-30.
- ^ Axt (1. 8. 2007). „Nitroguanidine: from sulphamic acid and urea”. Sciencemadness Discussion Board.
- ^ E.-C. Koch, Insensitive High Explosives: III. Nitroguanidine – Synthesis – Structure – Spectroscopy – Sensitiveness, Propellants Explos. Pyrotech. 2019, 44, 267-292. [1]
- ^ 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.
- ^ а б в E.-C. Koch: Sprengstoffe, Treibmittel, Pyrotechnika. 2., vollständig überarbeitete Auflage. de Gruyter, Berlin, 2019, ISBN 978-3-11-055784-8.
- ^ а б R. Doherty, R. L. Simpson: Comparative Evaluation of several insensitive high explosives, 28th International Annual ICT Conference, June 1997, Karlsruhe, Germany. V-32.
- ^ а б в J. Köhler, R. Meyer, A. Homburg: Explosivstoffe. 10., vollständig überarbeitete Auflage. Wiley-VCH, Weinheim 2008, ISBN 978-3-527-32009-7.
- ^ а б в Ernst-Christian Koch (18. 01. 2019), „Insensitive High Explosives: III. Nitroguanidine – Synthesis – Structure – Spectroscopy – Sensitiveness”, Propellants, Explosives, Pyrotechnics (на језику: немачки), 44 (3), pp. 267–292, doi:10.1002/prep.201800253
- ^ Terry R. Gibbs, Alphonse Popolato (1984), LASL explosive property data (на језику: немачки), University of California Press, pp. 52–60, ISBN 0-520-04012-0}}
- ^ „Nitroguanidine”. National Institutes of Health. Приступљено 10. 06. 2015.
- ^ „Nitroguanidine”. 04. 01. 2012. Приступљено 10. 06. 2015.
- ^ E.-C. Koch, Insensitive High Explosives: IV. Nitroguanidine - Initiation & detonation, Def. Tech. 2019, 15, 467-487.[2]
- ^ ARMY RESEARCH LABORATORY Extraction of Nitroguanidine (NQ) From Triple-Base Gun Propellant by Jeffrey B. Morris February 2002 lire en ligne
- ^ а б Rudolf, Meyer; Josef, Köhler; Axel, Homburg; Rudolf, Meyer (2007). Explosives. Wiley-VCH. стр. 236. ISBN 978-3-527-31656-4. Приступљено 2023-07-30.
- ^ Ernst‐Christian, Koch (20. 01. 2021). Insensitive High Explosives: V. Ballistic Properties and Vulnerability of Nitroguanidine Based Propellants. 46. Propellants, Explosives, Pyrotechnics. стр. 174—206. ISSN 0721-3115. doi:10.1002/prep.202000220. Приступљено 2023-07-30. Непознати параметар
|issn2=
игнорисан (помоћ) - ^ Rudolf, Meyer; Josef, Köhler; Axel, Homburg (2007). Explosives. Wiley - VCH Verlag. стр. 211. ISBN 978-3-527-31656-4. Приступљено 2023-07-30.
- ^ Bulusu, S.; Dudley, R. L.; Autera, J. R. (1987). „Structure of nitroguanidine: nitroamine or nitroimine? New NMR evidence from nitrogen-15 labeled sample and nitrogen-15 spin coupling constants”. Magnetic Resonance in Chemistry. 25 (3): 234—238. S2CID 97416890. doi:10.1002/mrc.1260250311.
- ^ Murmann, R. K.; Glaser, Rainer; Barnes, Charles L. (2005). „Structures of nitroso- and nitroguanidine x - ray crystallography and computational analysis”. Journal of Chemical Crystallography. 35 (4): 317—325. S2CID 96090647. doi:10.1007/s10870-005-3252-y.
- ^ S. Choi, Refinement of 2-Nitroguanidine by Neutron Powder Diffraction, Acta Crystallogr. B 1981, 37, 1955-1957.[3]
Literatura
[уреди | уреди извор]- 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.