Metil nitrat

Metil nitrat
Identifikacija
CAS broj	598-58-3 ;
3D model (Jmol)	interaktivna slika;
ChemSpider	11231 ;
ECHA InfoCard	100.009.039
PubChem C ID	11724;
	SMILES CO[N+](=O)[O-]; ; ; ; ; ;
Svojstva
Hemijska formula	CH3NO3
Molarna masa	77,039
	Ukoliko nije drugačije napomenuto, podaci se odnose na standardno stanje materijala (na 25 °C [77 °F], 100 kPa).
	Reference infokutije

Metil nitrat je metil estar azotne kiseline i ima hemijsku formulu CH₃NO₃. To je bezbojna eksplozivna isparljiva tečnost.

Metil nitrat je takođe i organsko jedinjenje, koje sadrži 1 atom ugljenika i ima molekulsku masu od 77,039 Da.

Istorija

Metil nitrat nije dobio veliku pažnju kao eksploziv, ali je kao mešavina koja sadrži 25% metanola korišćen kao raketno gorivo i volumetrijski eksploziv pod imenom Mirol u nacističkoj Nemačkoj tokom Drugog svetskog rata. Ova smeša bi isparavala konstantnom brzinom i tako se njen sastav ne bi menjao tokom vremena. Predstavlja blagu eksplozivnu opasnost (teško ga detonirati) i ne detonira lako udarom.^[3]^[4]

Prema A. Stettbacheru, supstanca je korišćena kao zapaljiva za vreme požara u Rajhstagu 1933.^[5] Garc u jednom nedavnom radu pokazuje da samo metil nitrat sa svojim potencijalom proizvodnje i eksplozije može predstavljati čuvenu i misterioznu „pucajuću vodu“ iz nemački Feuerverkbuch („knjiga o vatrometu“) iz oko 1420.^[6] (najstariji tehnički tekst na nemačkom jeziku, napisan rukom u Drezdenu, a kasnije štampan u Augsburgu).^[7]

Sinteza

Može se proizvesti kondenzacijom azotne kiseline i metanola:^[8]

CH₃OH + HNO₃ → CH₃NO₃ + H₂O

Noviji metod koristi metil jodid i srebrni nitrat:^[9]

CH₃I + AgNO₃ → CH₃NO₃ + AgI

Metil nitrat se može proizvesti u laboratorijskim ili industrijskim razmerama ili destilacijom mešavine metanola i azotne kiseline, ili nitracijom metanola mešavinom sumporne i azotne kiseline. Prvi postupak nije poželjan zbog velike opasnosti od eksplozije koju predstavlja para metil nitrata. Drugi postupak je u suštini identičan onom za pravljenje nitroglicerina. Međutim, proces se obično odvija na nešto višoj temperaturi i mešavina se meša mehanički u industrijskoj skali umesto sa komprimovanim vazduhom.

Eksplozivna svojstva

Metil nitrat je osetljiv eksploziv. Kada se zapali, gori izuzetno žestoko sivo-plavim plamenom. Metil nitrat je veoma jak eksploziv, poput nitroglicerina, etilen glikol dinitrata i drugih nitratnih estara. Osetljivost metil nitrata na iniciranje detonacijom je među najvećim poznatim, sa čak i kapislom za eksploziju broj jedan, najnižom dostupnom snagom, koja proizvodi skoro punu detonaciju eksploziva.

Uprkos vrhunskim eksplozivnim svojstvima metil nitrata, on nije dobio primenu kao eksploziv uglavnom zbog svoje velike isparljivosti, što sprečava njegovo skladištenje ili bezbedno rukovanje.

Osobine

Osobina	Vrednost
Broj akceptora vodonika	3
Broj donora vodonika	0
Broj rotacionih veza	1
Particioni koeficijent^[10] (ALogP)	2,1
Rastvorljivost^[11] (logS, log(mol/L))	-0,7
Polarna površina^[12] (PSA, Å²)	55,0

Struktura

Eksperimentalno je proučavana struktura metil nitrata u gasnoj fazi (kombinovana difrakcija gasa i elektrona i mikrotalasna spektroskopija, GED/MW) i u kristalnom stanju (difrakcija rendgenskih zraka, XRD) (videti tabelu 1).^[9]

Struktura gasne faze metil nitrata određena difrakcijom gasnih elektrona

Struktura metil nitrata u čvrstom stanju određena difrakcijom rendgenskih zraka

U čvrstom stanju postoje slabe interakcije između O i N atoma različitih molekula (vidi sliku).

Table 1: Strukturni parametri metil nitrata Dužina veze u A, uglovi u °

	XRD	GED/MW
C–O	1.451(1)	1.425(3)
N–OC	1.388(1)	1.403(2)
N–O_terminal	1.204(1)	1.205(1)
C–O–N	113.3(1)	113.6(3)
O_terminal-N-O_terminal	128.6(1)	131.4(4)

Karakteristike

Metil nitrat je gustine 1,21 g·cm^-3^[13]. To je bezbojna tečnost jakog i aromatičnog mirisa, koja brzo izaziva jake glavobolje. Eksplozivan je sa manjom osetljivošću na udar od nitroglicerina i njegovo isparljivostje mnogo veće.

Eksplozivna snaga je slična nitroglicerinu i želatinizuje se sanitrocelulozom, tako da je Alfred Nobel planirao da ga koristi, ali nikada nije tehnički korišćen zbog njegove nestabilnosti. Pare metil nitrata su izuzetno eksplozivne čak i bez pristupa vazduhu. U 19. veku, proizvodnja kao međukorak za sintezu boja dovela je do nekoliko katastrofalnih eksplozija (npr. u Sen Deniju, 1874). U otvorenom kontejneru bez prethodnog isparavanja, metil nitrat tiho gori; kada dođe do paljenja u epruveti,dolazi do eksplozije bez potrebe za detonatorom.

Neki važni parametri eksplozije su sledeći:^[14]

Entalpija eksplozije: 6754 kJ kg^-1 (H₂O (l)) , 6055 kJ · kg^-1 (H₂O (g))
Brzina detonacije: 6300 ms^-1 a pri gustini od 1,217 g · cm -3
Zapremina eksplozivnih gasova: 909 l kg^-1
Specifična energija Težina: 1301 kJ kg^-1
Temperatura deflagracije: brzo isparavanje bez paljenja
Trauzl test: 61 cm³ / 10 g
Osetljivost na udar: 0,2 Nm
Osetljivost na trenje: do 353 N Opterećenje pinova bez ikakve reakcije
Ispitivanje čelične čaure: Kritični prečnik 18 mm

Korišćenje

Uprkos vrhunskim svojstvima eksploziva metil nitrata, on nije dobio primenu kao eksploziv uglavnom zbog svoje velike isparljivosti koja sprečava bezbedno skladištenje ili rukovanje njime.

Korišćen je kao raketno gorivo u Nemačkoj tokom Drugog svetskog rata, u mešavini koja je sadržala 25% metanola, nazvanoj „mirol“. Ova smeša isparava konstantnom brzinom tako da se njen sastav ne menja tokom vremena.

Bezbednost

Osim što je eksploziv, metil nitrat je toksičan i izaziva glavobolje kada se udiše.

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.
^ Meyer, Rudolf (2008). Explosivstoffe. Köhler, Josef., Homburg, Axel. (10., vollst. überarb. Aufl изд.). Weinheim: Wiley-VCH. ISBN 978-3-527-32009-7. OCLC 244068971.
^ Koch, Ernst-Christian (17. 6. 2019). Sprengstoffe, Treibmittel, Pyrotechnika. Walter de Gruyter GmbH & Co. KG (2. Auflage изд.). Berlin. ISBN 978-3-11-055784-8. OCLC 1107346317.
^ Stettbacher, A. (1948). Spreng- und Schießstoffe. Rascher Verlag, Zürich.
^ Gartz, Jochen (2007). Vom griechischen Feuer zum Dynamit : eine Kulturgeschichte der Explosivstoffe. Hamburg: E.S. Mittler & Sohn. ISBN 978-3-8132-0867-2. OCLC 153884719.
^ „www.feuerwerkbuch.de”. www.feuerwerkbuch.de. Приступљено 2020-06-15.
^ Black, A. P.; Babers, F. H. (1939). „Methyl nitrate”. Org. Synth. 19: 64. ; Coll. Vol., 2, стр. 412
^ ^а ^б Reichel, Marco; Krumm, Burkhard; Vishnevskiy, Yury V.; Blomeyer, Sebastian; Schwabedissen, Jan; Stammler, Hans‐Georg; Karaghiosoff, Konstantin; Mitzel, Norbert W. (2019-12-16). „Solid‐State and Gas‐Phase Structures and Energetic Properties of the Dangerous Methyl and Fluoromethyl Nitrates”. Angewandte Chemie International Edition (на језику: енглески). 58 (51): 18557—18561. ISSN 1433-7851. PMC 6916544  . PMID 31573130. doi:10.1002/anie.201911300  .
^ 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.
^ Salpetersäureester in: Roempp Chemie Lexikon, Thieme Verlag, 2007, online.
^ Köhler, J.; Meyer, R.; Homburg, A.: Explosivstoffe, zehnte, vollständig überarbeitete Auflage,, Wiley-VCH, Weinheim 2008, ISBN 978-3-527-32009-7.

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

Methyl nitrate

[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] Meyer, Rudolf (2008). Explosivstoffe. Köhler, Josef., Homburg, Axel. (10., vollst. überarb. Aufl изд.). Weinheim: Wiley-VCH. ISBN 978-3-527-32009-7. OCLC 244068971.

[4] Koch, Ernst-Christian (17. 6. 2019). Sprengstoffe, Treibmittel, Pyrotechnika. Walter de Gruyter GmbH & Co. KG (2. Auflage изд.). Berlin. ISBN 978-3-11-055784-8. OCLC 1107346317.

[5] Stettbacher, A. (1948). Spreng- und Schießstoffe. Rascher Verlag, Zürich.

[6] Gartz, Jochen (2007). Vom griechischen Feuer zum Dynamit : eine Kulturgeschichte der Explosivstoffe. Hamburg: E.S. Mittler & Sohn. ISBN 978-3-8132-0867-2. OCLC 153884719.

[7] „www.feuerwerkbuch.de”. www.feuerwerkbuch.de. Приступљено 2020-06-15.

[8] Black, A. P.; Babers, F. H. (1939). „Methyl nitrate”. Org. Synth. 19: 64. ; Coll. Vol., 2, стр. 412

[:0-9] а ^б Reichel, Marco; Krumm, Burkhard; Vishnevskiy, Yury V.; Blomeyer, Sebastian; Schwabedissen, Jan; Stammler, Hans‐Georg; Karaghiosoff, Konstantin; Mitzel, Norbert W. (2019-12-16). „Solid‐State and Gas‐Phase Structures and Energetic Properties of the Dangerous Methyl and Fluoromethyl Nitrates”. Angewandte Chemie International Edition (на језику: енглески). 58 (51): 18557—18561. ISSN 1433-7851. PMC 6916544  . PMID 31573130. doi:10.1002/anie.201911300  .

[10] 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.

[11] 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.

[12] 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.

[roempp-13] Salpetersäureester in: Roempp Chemie Lexikon, Thieme Verlag, 2007, online.

[Explosivstoffe-14] Köhler, J.; Meyer, R.; Homburg, A.: Explosivstoffe, zehnte, vollständig überarbeitete Auflage,, Wiley-VCH, Weinheim 2008, ISBN 978-3-527-32009-7.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

Identifikacija

CAS broj	598-58-3^Y
3D model (Jmol)	interaktivna slika
ChemSpider	11231^Y
ECHA InfoCard	100.009.039
PubChem^[1]^[2] C ID	11724

SMILES CO[N+](=O)[O-]
Svojstva
Hemijska formula	CH₃NO₃
Molarna masa	77,039
Ukoliko nije drugačije napomenuto, podaci se odnose na standardno stanje materijala (na 25 °C [77 °F], 100 kPa).
Reference infokutije