KWAS PIKRYNOWY: BUDOWA, SYNTEZA, WŁAŚCIWOŚCI I ZASTOSOWANIA - CHEMIA - 2026

Kwas pikrynowy jest nieorganicznej jest bardzo nitruje się nazwę według IUPAC 2,4,6-trinitrofenol IS. Jego wzór cząsteczkowy to C ₆ H ₂ (NO ₂ ) ₃ OH. Jest to bardzo kwaśny fenol i można go znaleźć w postaci pikrynianu sodu, amonu lub potasu; to znaczy w postaci jonowej C ₆ H ₂ (NO ₂ ) ₃ ONa.

Jest to ciało stałe o silnym gorzkim smaku, stąd jego nazwa pochodzi od greckiego słowa „prikos”, co oznacza gorzki. Występuje jako mokre żółte kryształy. Jego wysuszenie lub odwodnienie jest niebezpieczne, ponieważ zwiększa niestabilne właściwości, które czynią go wybuchowym.

Cząsteczka kwasu pikrynowego. Źródło: Iomesus

Cząsteczka kwasu pikrynowego jest pokazana powyżej. Na obrazie trudno jest rozpoznać wiązania i atomy, ponieważ odpowiada to odwzorowaniu jego powierzchni Van der Waalsa. W następnej sekcji omówiono bardziej szczegółowo strukturę molekularną.

Z kwasu pikrynowego syntetyzowane są niektóre związki pośrednie, różne sole pikrynianu i kompleksy kwasu pikrynowego.

Kwas pikrynowy służy jako baza do syntezy trwałych żółtych barwników. Niektórzy patolodzy i badacze używają go do utrwalania lub barwienia skrawków tkanek i innych procesów immunohistochemicznych.

Jest bardzo przydatny w produkcji wyrobów farmaceutycznych. Ponadto znajduje zastosowanie w produkcji zapałek lub zapałek oraz materiałów wybuchowych. Służy również do wytrawiania metali, do produkcji szkła kolorowego oraz do kolorymetrycznego oznaczania parametrów biologicznych, takich jak kreatynina.

Z drugiej strony kwas pikrynowy działa drażniąco w kontakcie ze skórą, błoną śluzową dróg oddechowych, oczu i przewodu pokarmowego. Oprócz uszkadzania skóry może poważnie wpływać na nerki, krew i wątrobę oraz inne narządy.

Struktura

Struktura i ładunki formalne w kwasie pikrynowym. Źródło: Cvf-ps

Powyższy obrazek przedstawia bardziej szczegółowo wszystkie wiązania i samą strukturę cząsteczki kwasu pikrynowego. Składa się z fenolu z trzema podstawnikami nitrowymi.

Widać, że w grupach NO ₂ atom azotu ma dodatni ładunek cząstkowy, a zatem wymaga gęstości elektronowej otoczenia. Ale pierścień aromatyczny przyciąga również elektrony do siebie, a przed trzema NO _{2 ostatecznie} oddaje część własnej gęstości elektronicznej.

W konsekwencji, tlen z grupy OH ma tendencję do dzielenia jednej ze swoich wolnych par elektronowych w celu uzupełnienia deficytu elektronicznego, na który cierpi pierścień; w ten sposób powstaje wiązanie C = O ⁺ -H. Ten częściowy dodatni ładunek tlenu osłabia wiązanie OH i zwiększa kwasowość; to znaczy, zostanie uwolniony jako jon wodorowy H ⁺ .

Kwaśny fenol

Z tego powodu związek ten jest wyjątkowo silnym (i reaktywnym) kwasem, nawet bardziej niż sam kwas octowy. Jednak w rzeczywistości związek ten jest fenolem, którego kwasowość przewyższa kwasowość innych fenoli; spowodowane, jak już wspomniano, do NO ₂ podstawnikami .

Dlatego, ponieważ jest to fenol, grupa OH ma pierwszeństwo i kieruje wyliczeniem w strukturze. Trzy NR ₂ znajdują się na atomach węgla 2, 4 i 6 pierścienia aromatycznego w stosunku do OH. Stąd pochodzi nomenklatura IUPAC dla tego związku: 2,4,6-Trinitrofenol (TNP).

Gdyby nie było grup NO ₂ lub byłoby ich mniej w pierścieniu, wiązanie OH byłoby słabsze, a zatem związek miałby mniejszą kwasowość.

Struktura krystaliczna

Cząsteczki kwasu pikrynowego są ułożone w taki sposób, że sprzyjają ich interakcjom międzycząsteczkowym; albo do tworzenia wiązań wodorowych między _grupami OH i NO ₂ , sił dipol-dipol lub odpychania elektrostatycznego między regionami z niedoborem elektronów.

NO ₂ można oczekiwać grupy, do odpychania się wzajemnie i zorientować w kierunku sąsiednich pierścieni aromatycznych. Ponadto pierścienie nie mogły się ustawić jeden na drugim z powodu zwiększonego odpychania elektrostatycznego.

Produkt wszystkich tych interakcji, kwas pikrynowy tworzy trójwymiarową sieć, która definiuje kryształ; której komórka elementarna odpowiada układowi krystalicznemu typu rombowego.

Synteza

Początkowo był syntetyzowany ze związków naturalnych, m.in. pochodnych rogów zwierzęcych, żywic naturalnych. Od 1841 roku fenol był używany jako prekursor kwasu pikrynowego różnymi drogami lub różnymi procedurami chemicznymi.

Jak już wspomniano, jest to jeden z najbardziej kwaśnych fenoli. Aby go zsyntetyzować, fenol najpierw przechodzi proces sulfonowania, po którym następuje proces nitrowania.

Sulfonowanie fenolu w bezwodnym prowadzi się przez działanie na fenol za pomocą dymiącego kwasu siarkowego, występuje elektrofilowe aromatyczne podstawienie H grupami sulfonianowymi, SO ₃ H, w położeniu -orto i -p względem grup OH.

Produkt ten, kwas 2,4-fenodisulfonowy, poddawany jest procesowi nitrowania, poddając go działaniu stężonego kwasu azotowego. W ten sposób, te dwa SO ₃ H grupach są zastąpione grupą nitrową, NR ₂ , a trzeci wchodzi w drugą pozycję nitrową. Ilustruje to następujące równanie chemiczne:

Azotowanie kwasu 2,4-fenodisulfonowego. Źródło: Gabriel Bolívar.

Bezpośrednie nitrowanie fenolu

Procesu nitrowania fenolu nie można przeprowadzić bezpośrednio, ponieważ powstają smoły o dużej masie cząsteczkowej. Ta metoda syntezy wymaga bardzo dokładnej kontroli temperatury, ponieważ jest bardzo egzotermiczna:

Bezpośrednie nitrowanie fenolu. Źródło: akane700

Kwas pikrynowy można otrzymać przeprowadzając proces bezpośredniego nitrowania 2,4-dinitrofenolu kwasem azotowym.

Innym sposobem syntezy jest traktowanie benzenu kwasem azotowym i azotanem rtęci.

Fizyczne i chemiczne właściwości

Waga molekularna

229,104 g / mol.

Wygląd fizyczny

Żółta masa lub zawiesina mokrych kryształów.

Zapach

Jest bezwonny.

Smak

Jest bardzo gorzki.

Temperatura topnienia

122,5 ° C

Temperatura wrzenia

300 ° C Ale po stopieniu eksploduje.

Gęstość

1,77 g / ml.

Rozpuszczalność

Jest związkiem średnio rozpuszczalnym w wodzie. Dzieje się tak, ponieważ ich grupy OH i NO ₂ mogą oddziaływać z cząsteczkami wody poprzez wiązania wodorowe; chociaż pierścień aromatyczny jest hydrofobowy, a zatem pogarsza jego rozpuszczalność.

Korozyjność

Kwas pikrynowy generalnie powoduje korozję metali, z wyjątkiem cyny i aluminium.

pKa

0.38. Jest to mocny kwas organiczny.

Niestabilność

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

Powinien być przechowywany szczelnie zamknięty, aby uniknąć odwodnienia, ponieważ kwas pikrynowy jest bardzo wybuchowy po wyschnięciu. Należy bardzo uważać na jego bezwodną postać, ponieważ jest bardzo wrażliwa na tarcie, wstrząsy i ciepło.

Kwas pikrynowy należy przechowywać w chłodnych, wentylowanych miejscach, z dala od materiałów ulegających utlenieniu. Działa drażniąco w kontakcie ze skórą i błonami śluzowymi, nie należy go połykać, działa toksycznie na organizm.

Aplikacje

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

Dochodzenie

Stosowany jako utrwalacz komórek i tkanek poprawia wyniki barwienia ich barwnikami kwasowymi. Dzieje się tak przy metodach barwienia trójchromowego. Po utrwaleniu tkanki formaliną zaleca się nowe utrwalenie kwasem pikrynowym.

Gwarantuje to intensywną i bardzo jasną kolorystykę tkanin. Z barwnikami podstawowymi nie można uzyskać dobrych wyników. Należy jednak zachować ostrożność, ponieważ kwas pikrynowy może hydrolizować DNA, jeśli jest pozostawiony zbyt długo.

Chemia organiczna

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

-Jest stosowany w chemii analitycznej metali.

-W laboratoriach klinicznych jest używany do oznaczania poziomu kreatyniny w surowicy i moczu.

-Był również używany w niektórych odczynnikach używanych do analizy poziomu glukozy.

W przemyśle

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

Kwas pikrynowy jest używany do syntezy innych pośrednich związków chemicznych, takich jak na przykład chloropikryna i kwas pikramowy. Z tych związków wytworzono niektóre leki i barwniki dla przemysłu skórzanego.

-Kwas pikowy zaczął być stosowany w leczeniu oparzeń, jako środek antyseptyczny i inne warunki, zanim jego toksyczność stała się widoczna.

-Ważny komponent ze względu na swój wybuchowy charakter przy produkcji zapałek i baterii.

Zastosowania wojskowe

- Ze względu na wysoką wybuchowość kwasu pikrynowego był stosowany w wytwórniach amunicji do broni wojskowej.

- Sprasowany 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 trotyl. Przez pewien czas był używany jako składnik paliwa rakietowego.

Toksyczność

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

Zaleca się unikać jego wdychania i połknięcia ze względu na ostrą toksyczność doustną. Powoduje również mutacje w mikroorganizmach. Ma toksyczny wpływ na dzikie zwierzęta, ssaki i ogólnie na środowisko.

Bibliografia

1. Graham Solomons TW, Craig B. Fryhle. (2011). Chemia organiczna. Aminy. (10 ^th Edition.). Wiley Plus.
2. Carey F. (2008). Chemia organiczna. (Wydanie szóste). Mc Graw Hill.
3. Wikipedia. (2018). Kwas pikrynowy. Odzyskane z: en.wikipedia.org
4. Uniwersytet Purdue. (2004). Wybuch kwasu pikrynowego. Odzyskany z: chemed.chem.purdue.edu
5. Projekt Crystallography 365. (10 lutego 2014). Mniej niż łagodny żółty - struktura kwasu pikrynowego. Odzyskany z: crystallography365.wordpress.com
6. PubChem. (2019). Kwas pikrynowy. Odzyskany z: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
7. Baker, JR (1958). Kwas pikrynowy. Methuen, Londyn, Wielka Brytania.