三硝基苯酚(英文名:picric Acid )是一种有机化合物,化学名为2,4,6-三硝基苯酚,苯酚的三硝基取代物,炸药的一种,缩写TNP、PA。因其具有强烈的苦味,又称苦味酸。分子式为C6H3N3O7。
三硝基苯酚为淡黄色有光泽的结晶,没有气味,具有强烈的苦味,有毒,比重1.762(20℃),熔点122.3℃,难溶于四氯化碳、冷水,微溶于二硫化碳,溶于热水、乙醇、乙醚,易溶于丙酮、苯等有机溶剂。干燥的三硝基苯酚受到轻微振动就可能发生爆炸,故保存和运输时应处于湿润状态。三硝基苯酚于1771年由英国的沃尔夫用将硝酸作用于靛蓝而首次获得该化合物,最初作为黄色染料使用。1885年,法国开始将其用于装填弹药,应用于战争。
三硝基苯酚是一种多用途化学物质,在军事、工业和科研等方面具有重要应用。该物质作为爆炸材料用于制备炸药,曾广泛运用在战争中。其还可在比色分析中用于测定钾含量,质量分析中测定铋的含量,以及在检定氰[qíng]化物等方面均有显著作用。在医学上,三硝基苯酚具有杀菌和止痛的功能,还可以制成波因氏溶液。但是,该物质具有一定毒性,可通过多种途径侵入人体,可能导致皮肤黄染和各种炎症。长期接触还可能引起一系列慢性中毒症状,如头痛、恶心、食欲减退等。
相关历史
在1771年,英国化学家彼得·沃尔夫的实验室内,一个偶然的发现揭示了硝酸与靛青混合的反应,产生了一种黄色物质,即后来被广泛认知的三硝基苯酚,俗称苦味酸。最初,这种物质仅被视为一种黄色染料,直至1871年,德裔英国化学家赫尔曼·斯普伦格尔的研究颠覆了人们对三硝基苯酚的认识,证实了其强大的起爆能力。进一步的研究促进了三硝基苯酚的应用发展,1885年,法国化学家尤金·特平基于斯普伦格尔的成果,成功申请了三硝基苯酚在爆破药包和炮弹中的应用专利。随后的1887年,法国成为首个开始使用三硝基苯酚与硝化纤维素混合物——麦宁炸药的国家。1891年,日本化学家下濑雅允制得了类似的炸药,并在1893年,将三硝基苯酚炸药成功应用于海军炮弹的弹头填充药,这在当时标志着军事技术的一大进步。
在1894年的甲午海战中,三硝基苯酚炸药的首次运用标志着海战武器技术的一次重大进步。北洋水师主要依赖的是装填黑火药的达姆弹和实心弹。开花弹虽然具有一定的破坏力,但由于当时中国的工业基础薄弱,其制造质量参差不齐,大大降低了实战效能。实心弹则更多依赖物理冲击,缺乏足够的爆炸威力,其战斗效果极为有限。相比之下,日本海军采用的三硝基苯酚炸药则展现出了压倒性的优势。这种炸药不仅爆炸威力巨大,而且能产生持续的高温火焰,对敌舰造成严重的灼烧损伤。三硝基苯酚炸药的成功应用,不仅改变了甲午海战的战局,也为后世海战武器的发展开辟了新的道路。
1898年,恩图曼战役,英军在基奇纳将军的领导下,采用了三硝基苯酚炮舰,并配备了步枪和三硝基苯酚大炮,这在现代战争史上尚属首次。1899年,三硝基苯酚被用于第二次布尔战争,但是潮湿的苦味酸很难被引爆,在下雨或潮湿的时候经常会出现哑火现象。第一次世界大战时,在德国蓬勃发展的煤焦油工业提供了芳香烃原料,而哈伯法又提供了最重要的硝酸,三硝基苯酚炸药被广泛使用,一战期间,德国人购买了美国供应的苯酚,并将其转化为乙水杨酸(阿司匹林),以防止美国获得三硝基苯酚炸药,并用于对反法西斯同盟的战争。第二次世界大战时,三硝基苯酚仍然是优先选用的炸药,二战后因为三硝基苯酚毒性大,被新发明的炸药所取代。
理化性质
物理
三硝基苯酚,为淡黄色有光泽的针状或块状晶体结晶,属于斜方-双角锥晶系。无臭,具有强烈的苦味。比重1.762(20℃),熔点122.3℃。相对密度1.767,熔点122.3℃,沸点300℃以上(升华),闪点150℃。难溶于冷水,易溶于乙醇、苯、乙醚、热水,及多种其他有机溶剂中。在100g水中20℃时溶解1.2g,100℃时溶解6.2g。在100g沸乙醇中溶解66g;在100g乙醚中溶解21g(20℃)。自燃点为300℃,爆热为5.024×10⁶J/Kg,爆速达到7350m/s,爆轰气体体积为610L/Kg,燃烧热值为1.119×10⁷J/Kg,而生成能为8.742×105J/Kg,撞击感度为0.75千克m,氧平衡为-45.4%,蒸气密度为7.90。
化学
三硝基苯酚能与多环芳经、杂环化合物、酚类、胺类形成加成物,因此利用苦味酸来鉴定、分离和提纯这些化合物,例如用于的定量测定。苦味酸有较强的酸性,可分解碳酸根,故以茜素磺酸盐作指示剂,用碱溶液直接滴定之。它易与普通金属(铝、锡除外)反应生成苦味酸盐,其中以铅盐和铁盐最敏感,撞击时极易爆炸。
三硝基苯酚可被强氧化剂氧化,沸腾的硝酸可将其氧化成草酸;与过硫酸铵共沸,发生完全的氧化反应:
三硝基苯酚的化学性质很活泼,加热到300℃以上、捶击或震动时会发生爆炸其可以用于制作弹药,爆炸反应式为:
应用范围
军事
三硝基苯酚作为炸药的应用受到了严重限制,原因在于其强烈的酸性能够腐蚀弹壳,并且其生成的铁盐对震动和摩擦极为敏感,这使得其作为炸药的安全性大打折扣,因此在弹药领域的使用已被完全淘汰。相比之下,三硝基甲苯表现出了极高的稳定性,TNT对摩擦、震动等外界刺激表现出了较低的敏感度,甚至在枪击下也难以引爆,因此其爆炸需要通过雷管来触发。此外,TNT不会与金属发生化学反应或吸收水分,使其能够长期存储。
化学化工
三硝基苯酚因其酸性特性,能与多种有机碱发生反应,生成难溶的苦味酸盐晶体或稳定复盐,广泛应用于生物碱的沉淀及检测领域。其蛋白质凝固能力亦使其成为理想的蛋白质沉淀试剂,是检验生物碱的重要工具。
在有机合成领域,三硝基苯酚作为关键中间体,对合成其他化学物质发挥着至关重要的作用。除化学分析与合成应用外,三硝基苯酚还在比色分析测定钾、质量分析测定铋、氰化物检定等多个领域得到应用,同时也用于显微镜固定剂、制革剂、电池生产、蚀刻铜和制造彩色玻璃等工业材料的生产中。
医学
三硝基苯酚具备显著的杀菌和止痛功能,因而在处理烧伤方面有一定意义。通过将三硝基苯酚与甲醛、冰醋酸依照特定比例混合,能够制备出波因氏溶液。此溶液是检查原生动物时的优选固定液,显示出其在微观生物学研究中的重要作用。此外,三硝基苯酚与肌酸酐反应生成的橘红色复合物,由于其生成速度与假肌酐的反应速度存在差异,因此可用于准确测定血清中肌酐的含量。
其他
三硝基苯酚酒精溶液,作为一种常用的化学浸蚀剂,广泛应用于粉末冶金制品的显微组织分析中。该溶液适用于烧结碳钢和热处理组织的研究,能有效显示马氏体和碳化物等微观结构。通过使用三硝基苯酚酒精溶液,研究人员能够更加清晰地观察和分析材料的内部组织,为材料的性能评估和改进提供了技术支持。
制备方式
方法一:混合物(2,4和2,6-二硝基氯苯)以氢氧化钠水解得2,4和2,6-二硝基酚钠,酸化后用混酸硝化,经吸滤、水洗得三硝基苯酚。
方法二:加热苯酚,并注入硫酸,在100℃的情况下进行硝化反应,冷却后形成三硝基苯酚。
安全事宜
GHS分类
参考资料:
健康危害
接触三硝基苯酚粉尘后,常在面颊、口角、鼻翼两侧发生瘙痒、丘疹、水泡。重者皮肤浮肿脱皮,甚至成红皮病。对眼、鼻、呼吸谊有刺激症状,引起结膜炎和支气管炎。吸收后,可使皮肤、结膜及其他粘膜以至尿、分泌物均染成黄色,视物亦发黄,口中发苦。短期大量吸收,可致暂时意识丧失,并可有衰弱无力、肌痛、无尿或多尿。
三硝基苯酚被认定为潜在的致敏物质,能够引起全身性的毒性反应。LD50:200mg/kg(大鼠经口);56.3mg/kg(小鼠腹腔)。微生物致突变:鼠伤寒沙门菌5μmol/皿;大肠杆菌1800ppm。在慢性毒理学研究中,发现三硝基苯酚对温血动物安全的浓度阈值超过0.5mg/L。当浓度达到200mg/L,经过26小时,实验观察到鱼群体死亡;而在65.7mg/L的浓度下,三硝基苯酚即对鱼类构成毒害。
在24℃条件下,240㎎/L的三硝基苯酚会在四天内导致栅列藻死亡,而88mg/L的浓度则在两天内致水蚤死亡。然而,大肠杆菌在1000mg/L的高浓度下仍能生存。据此,三硝基苯酚对水体卫生造成不良影响的临界浓度定为25mg/L。
存储事宜
因为三硝基苯酚易发生爆炸,所以用玻璃瓶、木箱内衬塑料袋或木桶盛装,并防止机械性损坏。置阴凉处,密封保存。大量贮存须放在炸药库内。为了运输和贮存的安全,须浸润10%以上的水。
急救措施
误触三硝基苯酚后,首要步骤是立即停止接触并使用2%碳酸氢钠溶液彻底清洗受影响区域,以减少化学物质对皮肤的进一步损害。随后,为促进有害物质的排除,可采取适当的输液措施,并内服碱性药物以中和化学物质的酸性作用,减轻对机体的影响。若出现皮肤症状,应按照接触性皮炎的处理原则进行治疗,以缓解症状并促进皮肤恢复。
参考资料惰性炸药:“迟钝”有时也是一种优秀.中国青年网.2024-02-02
Picric Acid | C6H3N3O7 | CID 6954 - PubChem.pubchem.2024-02-01
Picric Acid | C6H3N3O7 | CID 6954 - PubChem.pubchem.2024-02-02