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1,3,5-三硝基苯

化合物

1,3,5-三硝基苯（代號：s-TNB[註 1]）又稱均三硝基苯，是一種爆炸性能略優於梯恩梯的炸藥，由於造價高昂，該藥並未得到廣泛應用，僅有少量在第一次世界大戰中被用於裝填海軍用穿甲彈[5]。有機化學工業中，該物質可用於製造均三氨基苯（世界語：1,3,5-Triaminobenzeno）和均苯三酚[6]。

1,3,5-三硝基苯
IUPAC名
1,3,5-Trinitrobenzene
1,3,5-三硝基苯
別名 均三硝基苯
s-TNB
識別
CAS號 99-35-4  checkY
PubChem 7434
ChemSpider 13873689
SMILES
 
  • C1=C(C=C(C=C1[N+](=O)[O-])[N+](=O)[O-])[N+](=O)[O-]
InChI
 
  • 1S/C6H3N3O6/c10-7(11)4-1-5(8(12)13)3-6(2-4)9(14)15/h1-3H
InChIKey UATJOMSPNYCXIX-UHFFFAOYSA-N
UN編號 0214
性質
化學式 C6H3N3O6
摩爾質量 213.10 g·mol⁻¹
外觀 淡黃色結晶[1]
密度 1.76g/cm3[2]
熔點 123°C[2]
溶解性（水） 微溶[1]
溶解性 微溶於二硫化碳
可溶於甲醇、乙醇、乙醚、氯仿、苯
易溶於丙酮、甲苯、吡啶、乙酸乙酯[1]
熱力學[2]
ΔfHm⦵298K -37.24kJ·mol-1
ΔcHm⦵ -2752.9kJ·mol-1
爆炸性[2]
撞擊感度 7.4J
摩擦感度 >355N（鈍感）
爆速 7300m/s（1.71g/cm3）
危險性[4]
GHS危險性符號
《全球化學品統一分類和標籤制度》（簡稱「GHS」）中爆炸性物質的標籤圖案《全球化學品統一分類和標籤制度》（簡稱「GHS」）中有毒物質的標籤圖案《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《全球化學品統一分類和標籤制度》（簡稱「GHS」）中對環境有害物質的標籤圖案
GHS提示詞 Danger
H-術語 H201, H300, H310, H330, H373, H400, H410
致死量或濃度：
LD50（中位劑量）
 284mg/kg（大鼠，口服）
804mg/kg（小鼠，口服）
[3]
相關物質
相關同分異構體 1,2,4-三硝基苯、1,2,3-三硝基苯（英語：1,2,3-Trinitrobenzene）
若非註明，所有數據均出自標準狀態（25 ℃，100 kPa）下。

物理性質

均三硝基苯具有3種晶型，除常規的I型外，II型和III型均需要通過三茚滿（維基數據所列：Q72497353）輔助重結晶製取，但目前已有文獻暫不能完全確定製取條件，僅認為溶劑種類和三茚滿的選擇性吸附是關鍵變量[7]。三種晶型的晶胞參數如下：[7]

晶型 晶系 晶胞參數 Z 空間群
I型 正交晶系 a=1.2587nm，b=0.9684nm，c=2.686nm，V=3.274nm3 16 Pbca
II型 a=0.9297nm，b=1.8730nm，c=0.9633nm，V=1.6774nm3 8 Pca21
III型 單斜晶系 a=1.2896nm，b=0.5723nm，c=1.1287nm，β=98.190°，V=0.8245nm3 4 P21/c

一般條件下的均三硝基苯為淡黃色結晶，晶體密度1.76g/cm3，熔點約為123°C[2]。均三硝基苯在17°C時微溶於水和二硫化碳，可溶於甲醇、乙醇、乙醚、氯仿和苯，易溶於丙酮、甲苯、吡啶、乙酸乙酯[1]。均三硝基苯在硫酸中的溶解度隨溫度和濃度變化關係如下：[1]

均三硝基苯在硫酸中的溶解度（%）
溫度（°C） 硫酸濃度
70% 80% 90% 100%
25 0.50 1.05 7.80 21.5
40 0.75 1.75 8.60 24.0
50 0.90 1.90 11.30 26.5
60 1.15 2.30 11.65 28.0
70 1.20 2.95 12.05 32.0
80 1.50 3.75 14.75 34.3
90 2.00 4.15 17.75 37.0
100 2.50 5.90 21.30 42.4

化學性質

均三硝基苯對酸穩定，但易與鹼性化合物發生反應：與氫氧化鈉反應生成性質不同的多種物質[註 2]；與甲醇鉀反應生成苯甲醚衍生物的鉀鹽[9]；與氰化鉀反應生成含氰基的鉀鹽[10]。均三硝基苯與甲醇鉀及氰化鉀反應的可能生成物如下：[1]

 

均三硝基苯可與鐵氰化鉀等氧化劑反應生成苦味酸[11]，也可與硫化鈉、硫化銨等還原劑反應生成3,5-二硝基苯胺（維基數據所列：Q27236538）。在某些條件下，均三硝基苯還能被還原為其他物質：在乙醇環境下與硫化氫反應生成3,5-二硝基苯基羥胺（維基數據所列：Q82398316）；在鹽酸中與鐵或錫反應生成均三氨基苯（世界語：1,3,5-Triaminobenzeno）[1]；在甲醇-水溶劑中與硼氫化鈉反應則會使其變為均三氨基環己烷[12]。

均三硝基苯可在含碳酸鉀等鹼性物質的二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮、四甲基脲等極性非質子溶劑中與部分包含羥基結構的化合物反應，脫去硝基並形成醚鍵或氮氧鍵，以此合成新的硝基芳香化合物[13][14]。該反應泛用度較好，但產率普遍低於80%，難以用於工業生產[15]。

均三硝基苯易與其他芳香族化合物組成加成化合物，且該生成物質的熔點與組成成分分子結構及熔點均有關。加成化合物通常不穩定，溶於溶劑就可使其分解，溶於酸則能使其完全分解。部分典型系統數據如下：[1][16][註 3]

均三硝基苯與其他物質組成的加成化合物
組成物質 組成物質熔點（°C） 分子比 加成化合物熔點（°C）
萘 80.2 1:1 151
蒽 216 1:1 165
苊 89.4 1:1 161
菲 99 1:1 125
芴 114.76 3:2 105
苯胺 -6 1:1 125
2-萘胺 113 1:1 161
鄰苯二胺 102.1 1:1 163
間苯二胺 62 1:1 168
對苯二胺 145 1:1 145.5
二苯胺 53 2:1 100.3
間硝基苯胺 114 1:1 97.5
硝基苯 5 1:1 78
咔唑 245 1:1 203
對苯二酚 170 1:1 131
間苯二酚 109.8 2:1 103
三苯基甲醇 160 3:2 134.5

製備工藝

均三硝基苯在研究初期一般採用濃硝硫混酸硝化間二硝基苯的方法製取，但在80°C下反應1天並在130°C至140°C下反應3天後，其產率依然不足35%[17]。後續研究發現三硝基甲苯可被硝酸氧化為三硝基苯甲酸（英語：2,4,6-Trinitrobenzoic acid）[18]，而該物質在水溶劑體系下加熱又會轉化為均三硝基苯，最終以純淨晶體形態析出[19]，該法可用於實驗室製備，但過高的成本限制了其在工業化生產中的應用[1]。

均三硝基苯還有多種製備方法，如在酮存在條件下用銅脫去苦基氯的氯原子、先硝化後氧化苄基氯、在密閉容器中使用二氧化氮長時間處理苯等。然而根據現有資料，目前暫未發現合適的大規模生產方法[1][5][20]。烏爾曼工業化學百科全書推薦採用三硝基甲苯氧化脫羧法製取該物質[6]。

爆炸性能

均三硝基苯的氧平衡為-56.31%，屬負氧平衡炸藥[註 4]。其爆熱為4.9MJ/kg，爆容640L/kg，1.64g/cm3時爆壓21.9GPa，1.71g/cm3時爆速7100m/s，彈道臼炮法與鉛柱壓縮法測得TNT當量均為110%[2][20]。

毒性與危害

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均三硝基苯在多個方面表現出毒性，其大鼠和小鼠的急性口服半數致死量分別為284mg/kg及804mg/kg[3]。在對大鼠的口服攝入實驗中，實驗動物在均三硝基苯攝入量高於4.41mg/kg/天時即表現出不良反應，其腎臟、脾臟、大腦均受到影響，雄性大鼠還會出現睪丸質量下降症狀。此外，高劑量攝入組別大鼠的體重顯著下降，紅細胞數量減少，血細胞比容降低，海因茲小體增加，高鐵血紅蛋白濃度增加，表現出一定的血液毒性[21]。

註釋

  1. ^ 該代號為其英語s-Trinitrobenzene的縮寫。
  2. ^ 不同文獻對產物的描述差異顯著且均未能明確產物分子結構[8][9]。
  3. ^ 本表格中組成物質熔點數據來自PubChem數據庫。
  4. ^ 即炸藥分子中氧元素無法完全氧化其他元素，表現為爆炸放熱低於燃燒熱。

參考文獻

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參考書籍

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