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1,3,5-三氯-2,4,6-三硝基苯

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1,3,5-三氯-2,4,6-三硝基苯
IUPAC名
1,3,5-Trichloro-2,4,6-trinitrobenzene
1,3,5-三氯-2,4,6-三硝基苯
別名 三氯三硝基苯
TCTNB
識別
CAS號 2631-68-7  checkY
PubChem 17518
ChemSpider 16565
SMILES
 
  • C1(=C(C(=C(C(=C1Cl)[N+](=O)[O-])Cl)[N+](=O)[O-])Cl)[N+](=O)[O-]
InChI
 
  • 1S/C6Cl3N3O6/c7-1-4(10(13)14)2(8)6(12(17)18)3(9)5(1)11(15)16
InChIKey LZMONXBJUOXABQ-UHFFFAOYSA-N
性質
化學式 C6Cl3N3O6
摩爾質量 316.4 g·mol⁻¹
外觀 白色或淺黃色結晶[1]
密度 1.92g/cm3[2]
熔點 193°C[2]
沸點 318°C[2]
溶解性（水） 不溶[1]
溶解性 可溶於苯、甲苯、丙酮、DMF、DMSO等多數有機溶劑[1]
熱力學[2]
ΔfHm⦵298K -150kJ·mol-1
ΔcHm⦵ -2211.1kJ·mol-1
爆炸性
撞擊感度 21.5J[2]
摩擦感度 鈍感[1]
爆速 6890m/s（含3%蠟）[3]
危險性[5]
GHS危險性符號
《全球化學品統一分類和標籤制度》（簡稱「GHS」）中腐蝕性物質的標籤圖案《全球化學品統一分類和標籤制度》（簡稱「GHS」）中有害物質的標籤圖案《全球化學品統一分類和標籤制度》（簡稱「GHS」）中對人體有害物質的標籤圖案
GHS提示詞 Danger
H-術語 H302, H317, H318, H334
致死量或濃度：
LD50（中位劑量）
 >5g/kg（小鼠，口服）[4]
相關物質
相關下游產品 TATB
TATNB
若非註明，所有數據均出自標準狀態（25 ℃，100 kPa）下。

1,3,5-三氯-2,4,6-三硝基苯（英語：1,3,5-Trichloro-2,4,6-trinitrobenzene，代號：TCTNB）是一種多氯取代硝基苯，主要用於合成鈍感炸藥TATB和起爆藥TATNB，也曾被用於防治番茄葉霉病，商品名為「葉霉淨」[1][6]。

物理性質

一般條件下的TCTNB為白色或淺黃色鬆散粒狀晶體，晶體密度為1.92g/cm3。其熔點為193°C，沸點為318°C，在120°C以上時會出現輕微升華現象。TCTNB不溶於水且在常溫常壓下不會吸潮，但其能溶於苯、甲苯、二甲苯、丙酮、二氯乙烷、DMF、DMSO等大多數有機溶劑[1][2]。

TCTNB的晶體結構與結晶溶劑種類有關，晶胞參數為a=1.18969nm，b=1.52415nm，c=1.83277nm，β=103.501°的單斜晶系晶體經乙醇單晶培養後，即轉變為晶胞參數a=b=1.52485nm，c=2.41627nm的六方晶系晶體[7]。

TCTNB的熱穩定性能較TATB差，但好於1,3,5-三氯-2,4-二硝基苯（TCDNB）等未完全硝化的製備副產物。TCTNB在120°C環境下放置48小時失重2.71%，介於TATB的0.05%和TCDNB的13.05%之間，其TG曲線也位於相同升溫速率下其餘二者對應曲線之間[8]。

製備工藝

TCTNB主要由1,3,5-三氯苯經硝化製得，依硝化步驟可分為一步法和兩步法[1]。

一步法是將硝化劑、硫酸共熱攪拌並冷卻，後加入三氯苯在特定溫度下經一段時間反應後直接獲取TCTNB的方法，主要影響因素包括硝化劑、硫酸、反應溫度及時間。兩步法是將一步法拆解為三氯苯部分硝化和二次硝化兩個步驟，使用試劑和反應機理與一步法基本一致，因此下文的介紹適用於兩種方法[9]。以發煙硫酸為反應環境，使用發煙硝酸和硝酸鈉的硝化反應方程式分別如下：[1]

使用硝酸鋰、硝酸鈉、硝酸鉀、硝酸銣、硝酸銫作為硝化劑時，TCTNB產率、熔點範圍均無明顯差別，若考慮生產經濟性，則硝酸鈉具有較大優勢，但應保持其與三氯苯比例大於6.6:1以減少副產物的生成[9]。濃硝酸也可以在該反應中作為硝化劑使用，且由於其不會在反應中生成其他鹽類，可以循環使用酸液以提高利用率[10]。

發煙硫酸和濃硫酸均可以用作該反應的原料，且過量硫酸並不會影響反應進行，但提前使用硫酸磺化三氯苯會延長反應時間並降低產率[9]。此外，在相同條件下使用硝酸硝化磺化過的三氯苯所得產率低於硝酸鈉硝化產率，該規律與未磺化過的三氯苯硝化規律相悖[10]。

反應溫度和時間主要影響四氯二硝基苯和未完全硝化產物的生成量。四氯二硝基苯含量與溫度和時間均呈正相關，未完全硝化產物含量與溫度和時間均呈負相關，因此不存在二者同時處於低值的生產條件。由於較高溫度對三氯苯完全硝化的促進作用遠超過四氯二硝基苯產率升高帶來的不利影響，因此，高溫短時間反應較有利於TCTNB產率的提升。此外，實驗還發現加入三氯苯時的體系溫度並不會對產率造成明顯影響[9]。

下游產品

TCTNB可用於製備多種炸藥，是炸藥工業的重要原料和中間體[1]。

將TCTNB溶於含氨、尿素等胺化劑的有機溶劑中，在一定溫度和壓力條件下反應一段時間可製得耐熱炸藥TATB[11][12]：

將疊氮化鈉溶入水、乙醇、丙酮的混合溶劑，隨後加入TCTNB在室溫範圍內反應一段時間可製得起爆藥TATNB[13]，之後繼續加熱可製得高爆炸藥BTF（德語：Benzotrifuroxan）[14]：

向TCTNB的乙醇-苯混合溶液中滴加一定濃度的甲胺溶液，強烈攪拌後過濾得到析出的晶體，隨後將產物加入硝酸和硫酸的混酸中反應一段時間可以得到耐熱起爆藥三特屈兒[1][15][註 1]：

將一定比例TCTNB、干的甲苯、苦基氯、活性銅混合物升至特定溫度反應，經多個沉澱、洗滌、過濾步驟可製得耐熱炸藥1,3,5-三硝基-2,4,6-三苦基苯[16]：

爆炸性能

TCTNB本身具有一定的爆炸性，在加入質量分數3%的蠟造粒後，TCTNB實測爆速6890m/s，爆壓20.28GPa，理論爆熱3154K[3]。

註釋

  1. ^ 三特屈兒的化學名稱為1,3,5-三甲硝胺基-2,4,6-三硝基苯，由於與特屈兒結構類似，故一般直接用三特屈兒代指該物質。

參考文獻

  1. ^ 1.00 1.01 1.02 1.03 1.04 1.05 1.06 1.07 1.08 1.09 易景緞. 均－三氯三硝基苯及其在炸药合成中的应用. 火炸藥學報. 1994, (02): 1–7+11. ISSN 1004-9363. CNKI HZYY402.000 （中文（簡體））. 
  2. ^ 2.0 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 Koch 2021，第674頁.
  3. ^ 3.0 3.1 高大元; 徐容; 董海山; 李波濤; 呂春緒. TATB、TCTNB和TCDNB的爆轰性能. 火炸藥學報. 2005, (02): 68–71. ISSN 1007-7812. CNKI BGXB200502021 （中文（簡體））. 
  4. ^ Jorgenson, T. A.; Simmon, V. F.; Dilley, J. V. Preliminary toxicological studies of TATB, TCB, and TCTNB. (報告). Stanford Research Inst. 1976. doi:10.2172/7114247 （英語）. 
  5. ^ CID 17518 PubChem的連結
  6. ^ 林郁 1989，第102頁.
  7. ^ 王軍; 董海山. 均三氯三硝基苯的纯化. 含能材料. 2003, (03): 160–162+112. ISSN 1006-9941. CNKI HNCL200303014 （中文（簡體））. 
  8. ^ Gao, DaYuan; Xu, Rong; Dong, HaiShan; Li, BoTao; Lu, ChunXu. Study on Thermal Stability of TCTNB and TCDNB. Proceedings of the 2003 International Autumn Seminar on Propellants, Explosives and Pyrotecnics (2003 IASPEP) Part A. 2003年國際推進劑、炸藥、煙火技術秋季研討會. Science Press Beijing/New York: 209–214. 2003-10. CNKI AQHJ200310001037 （英語）. 
  9. ^ 9.0 9.1 9.2 9.3 O'Keefe, D. M.; Gurule, F. T. Synthesis of symmetrical trichlorotrinitrobenzene. Part 1. Nitrations with alkali metal nitrates (報告). Sandia National Lab. (SNL-NM). 1977. doi:10.2172/7077665 （英語）. 
  10. ^ 10.0 10.1 O'Keefe, D. M.; Gurule, F. T. Synthesis of symmetrical trichlorotrinitrobenzene. Part 2. Nitrations with nitric acid; synthesis of by-products (報告). Sandia National Lab. (SNL-NM). 1978. doi:10.2172/6643512 （英語）. 
  11. ^ US patent 4032377,BENZIGER THEODORE M,「Method For The Production Of High-Purity Triaminotrinitrobenzene」,發表於1977-06-28 
  12. ^ 韋愛勇 2014，第53頁.
  13. ^ GB patent 298981,OLDRICH TUREK,「A method of producing 2,4,6-trinitro-1,3,5-triazidobenzene」,發表於1929-06-06 
  14. ^ T. Urbański (著); 歐育湘; 秦保實(譯) 1976，第158-159頁.
  15. ^ Е.Ю. Орлова (著); 葉慶棠; 王忠桓; 李祜新(譯) 1965，第212頁.
  16. ^ US patent 4861924,RIGGS ROBERT S,「1,3,5-trinitro-2,4,6-tripicrylbenzene」,發表於1989-08-29 

參考書籍

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