Как из глицерина сделать нитроглицерин. Приготовление в домашних условиях

Нитроглицерин (глицеринтринитрат, тринитроглицерин, тринитрин, НГЦ) - сложный эфир глицерина и азотной кислоты. Исторически сложившееся название «нитроглицерин» с точки зрения современной номенклатуры является несколько некорректным, поскольку нитроглицерин является нитроэфиром, а не «классическим» нитросоединением. Широко известен благодаря своим взрывчатым (и в некоторой степени лекарственным) свойствам. Химическая формула CHONO2(CH2ONO2)2. Впервые синтезирован итальянским химиком Асканьо Собреро в 1847 году, первоначально был назван «пироглицерин» (итал. pyroglycerina).

Согласно номенклатуре IUPAC именуется 1,2,3-тринитроксипропан.

Получение

В лаборатории получают этерификацией глицерина смесью концентрированной азотной и серной кислот (1:1 по мольному соотношению). Кислоты и глицерин должны быть очищены от примесей. Для этого предварительно по каплям при постоянном перемешивании смешивают кислоты, изготавливая таким образом нитрующую смесь, и добавляют к глицерину.

Описание реакции: −HSO4+−NO3↔−2HS[O]O4+NO·2

В концентрированном состоянии серная кислота диссоциирует только на один протон на молекулу. Атом серы VI является сильным акцептором электронных пар и «отнимает» у нитратного иона атом кислорода с электронной парой. Образуется свободный радикал ·NO2. Реакция равновесна с сильным смещением равновесия влево.

Затем эту смесь кислот и глицерина выдерживают 8 часов при температуре 40 °C на водяной бане(чем дольше идёт нитрование - тем выше выход нитроглицерина). Жидкость расслаивается на два слоя. Нитроглицерин тяжелее глицерина и опускается на дно - это нижний слегка желтоватый слой.

Описание реакции: CH2OH-CHOH-CH2OH+3NO·2+3−2HS[O]O4+3+H→CHONO2(CH2ONO2)2+3−HSO4+3H2O

Нитроглицерин отделяют от непрореагировавшего глицерина и кислоты и промывают содовым раствором до полной нейтрализации кислот. При добавлении спирта чувствительность резко падает. В промышленности получают непрерывным нитрованием глицерина нитрующей смесью в специальных инжекторах. В связи с возможной опасностью взрыва, НГЦ не хранят, а сразу перерабатывают в бездымный порох или взрывчатые вещества.

Физикохимические свойства

Сложный эфир глицерина и азотной кислоты. Прозрачная вязкая нелетучая жидкость (как масло), склонная к переохлаждению. Смешивается с органическими растворителями, почти нерастворим в воде (0.13 % при 20 °C, 0,2 % при 50 °C, 0,35 % при 80 °C, по другим данным[источник не указан 849 дней] 1,8 % при 20 °C и 2,5 % при 50 °C). При нагревании с водой до 80 °C гидролизуется. Быстро разлагается щёлочами.

Токсичен, всасывается через кожу, вызывает головную боль. Очень чувствителен к удару, трению, высоким температурам, резкому нагреву и т. п. Чувствительность к удару для груза 2 кг - 4 см (гремучая ртуть - 2 см, тротил - 100 см). Весьма опасен в обращении. При осторожном поджигании в малых количествах неустойчиво горит синим пламенем. Температура кристаллизации 13,5 °C (стабильная модификация, лабильная кристаллизуется при 2,8 °C). Кристаллизуется со значительным увеличением чувствительности к трению. При нагревании до 50 °C начинает медленно разлагаться и становится ещё более взрывоопасным. Температура вспышки около 200 °C. Теплота взрыва 6,535 МДж/кг. Температура взрыва 4110 °C. Несмотря на высокую чувствительность, восприимчивость к детонации довольно низка - для полного взрыва необходим капсюль-детонатор № 8. Скорость детонации 7650 м/с. 8000-8200 м/c - в стальной трубе диаметром 35 мм, инициирован с помощью детонатора № 8. В обычных условиях жидкий НГЦ часто детонирует в низкоскоростном режиме 1100-2000 м/с. Плотность 1,595 г/см³, в твёрдом виде - 1,735 г/см³. Твёрдый нитроглицерин менее чувствителен к удару, но более к трению, поэтому очень опасен. Объем продуктов взрыва 715 л/кг. Фугасность и бризантность сильно зависят от способа инициирования, при использовании слабого детонатора мощность сравнительно невелика. Фугасность в песке - 390 мл, в воде - 590 мл (кристаллического несколько выше), работоспособность (фугасность) в свинцовой бомбе 550 см³. Применяется как компонент некоторых жидких ВВ, динамитов и главным образом бездымных порохов (пластификатор - нитроцеллюлоза). Кроме того, в малых концентрациях применяется в медицине.

Нитроглицерин, называемый также "взрывчатым маслом Нобеля", представляет собой не нитросоединение, как ошибочно можно думать по названию, а подобно нитроцеллюлозе - сложный эфир азотной кислоты. Пропилентринитрат, или, лучше, глицеринтринитрат , получается при полной этерификации трехатомного алифатического спирта - глицерина.

100 вес. ч. глицерина дают при нитровании водной или безводной кислотной смесью 210-215 или соответственно 225-230% нитроглицерина. По теории должно образовываться 246.64%, однако выходы в производстве до сих пор, даже в наилучших технических условиях непрерывного процесса, не превосходили 233.5%, что соответствует 94.7% теоретического.

Получение нитроглицерина в лаборатории. Пробная нитрация.

Для быстрого получения небольших количеств нитроглицерина в целях его переработки в пентринит или динамит может быть предложен следующий способ.

200 г чистого глицерина (1.26) при непрерывном перемешивании и наблюдении за температурой по каплям или тонкой струей приливается из капельной воронки емкостью 160см 3 к 1500 г кислотной смеси, состоящей из 500г (333см 3) дымящей азотной кислоты и 1000 г (544см 3) концентрированной серной кислоты. Температура ни в коем случае не должна подыматься выше 30°С. После окончания приливания первой половины глицерина реакция протекает более умеренно, и температуру легко поддерживать ниже 20°С. 1.5-л колба помещается на мягкой подставке в ванне с проточной водой, уровень которой достигает половины содержимого колбы. Колба закрыта просверленной в трех местах корковой или резиновой пробкой и снабжена капельной воронкой, погруженным в кислоту термометром и изогнутой хлоркальциевой трубкой. Хлоркальциевая трубка закрыта с внутренней стороны ватой и наполнена небольшим количеством гранулированного NaOH, поглощающего выделяющиеся пары нитроглицерина. Это приспособление предохраняет восприимчивых лиц от мигрени, вызываемой нитроглицерином, появляющейся у некоторых лиц во время нитрации и проходящей лишь на следующее утро. При температуре охлаждающей воды равной 12°С, этерификация легко заканчивается при 18-25°С уже в течение часа, а при перемешивании - в течение 15 мин.

После того как нитроглицерин всплывет над отработанной кислотой, образуя резко ограниченный слой, что обычно происходит в течение 10 мин (для более полного разделения лучше дать постоять в течение получаса), в колбу до дна опускают трубку, выдувая из нижнего кислотного слоя случайно задержавшийся там нитроглицерин, затем соединяют трубку с ловушкой присоединенной в свою очередь к водоструйному насосу, и медленно и осторожно (наклоняя колбу) высасывают отработанную кислоту. Нитроглицерин и небольшой остаток кислоты при энергичном перемешивании стеклянной палочкой с надетой на ее кончик резиновой трубкой выливают в цилиндр, содержащий 1 л холодной воды. Первая сильно кислая промывная вода почти нацело отсасывается насосом, а остаток отделяется в делительной воронке. Затем следует встряхивание с холодной водой с постепенным добавлением концентрированного раствора соды до тех пор, пока погруженная в жидкость лакмусовая бумажка не посинеет. Тогда нитроглицерин отделяют от воды и взбалтывают с 2% раствором соды. При этом следует иметь в виду, что вследствие выделения углекислого газа давление вначале повышается. Последние следы кислоты удаляются из нитроглицерина с трудом, лишь после продолжительного взбалтывания с избытком тепловатого раствора соды. Бывает, что если смесь оставить некоторое время постоять и затем опять взболтать, лакмусовая бумажка, плавающая для контроля в промывной жидкости, вновь окрасится в красный цвет. Целесообразно оставить нитроглицерин и промывную жидкость постоять ночь, а затем утром еще раз сильно взболтать и отсосать ставшую щелочной промывную жидкость и в заключение промыть нитроглицерин один или два раза чистой водой. Для всей операции промывки следует израсходовать не больше 4 л воды. Окончательно промытый нитроглицерин оставляют в течение часа стоять в делительной воронке, кран и пробка которой слегка смазаны воском или вазелином, и затем отфильтровывают через бумажный фильтр с безводным сульфатом натрия в сосуд для хранения. Выход нитроглицерина составляет в лучшем случае 430 г, или 269 см 3 . Лаборатории динамитных заводов пользуются специальным стеклянным аппаратом для пробной нитрации ("груша" с перемешиванием при помощи сжатого воздуха), в котором по установленному в заводских условиях рецепту этерифицируется 100 или 50 г глицерина и контролируется выход.

Производство нитроглицерина принадлежит к несложным химическим процессам, однако для неопытных и нерешительных людей оно легко может стать опасным. Часто операция бывает неудачной из-за неполного отделения от кислоты, вследствие чего спустя несколько недель или месяцев - особенно летом - наступает нежелательное разложение, которое приводит к нежелательным последствиям ввиду необходимости немедленного удаления и уничтожения такого нитроглицерина.

Как указано при рассмотрении нитрогликоля, нитроглицерин можно получать, пользуясь также азотной кислотой средней крепости (1.38-1.40) и водным глицерином. Так 191г глицерина (1.228, что соответствует 13.5% H 2 O) с кислотной смесью, состоящей из 1300см 3 концентрированной H 2 SO 4 и 750см 3 62%-ной HNO 3 (1.38), дали 288 г промытого нитроглицерина, т.е. только 175%.

Нитроглицерин - одно из наиболее известных взрывчатых веществ, основа состава динамита. Он нашел широкое применение во многих областях промышленности благодаря своим характеристикам, однако до сих пор одна из главных проблем, связанных с ним - вопрос безопасности.

История

История нитроглицерина начинается с итальянского ученого-химика Асканьо Собреро. Он впервые синтезировал это вещество в 1846 году. Первоначально ему было дано название пироглицерина. Уже Собреро обнаружил его большую неустойчивость - нитроглицерин мог взрываться даже от слабых сотрясений или ударов.

Мощность взрыва нитроглицерина теоретически делала его перспективным реагентом в горнодобывающей и строительной промышленностях - он был гораздо эффективнее существовавших на то время видов взрывчатки. Однако упомянутая нестабильность создавала слишком большую угрозу при его хранении и транспортировке - поэтому нитроглицерин отложили в долгий ящик.

Дело чуть сдвинулось с места при появлении и его семьи - отец и сыновья наладили промышленное производство этого вещества в 1862 году, невзирая на все опасности, связанные с ним. Однако случилось то, что должно было случиться рано или поздно - на фабрике произошел взрыв, и младший брат Нобеля погиб. Отец после перенесенного горя отошел от дел, однако Альфред сумел продолжить производство. Для повышения безопасности он смешивал нитроглицерин с метанолом - смесь была более стабильной, однако очень пожароопасной. Это все еще не было окончательным решением.

Им стал динамит - нитроглицерин, поглощенный кизельгуром (осадочной породой). Взрывоопасность вещества уменьшилась на несколько порядков. Позже смесь совершенствовалась, кизельгур заменяли более эффективными стабилизаторами, однако суть оставалось той же - жидкость поглощалась и переставала взрываться от малейших сотрясений.

Физические и химические свойства

Нитроглицерин - это нитроэфир азотной кислоты и глицерина. В нормальных условиях это желтоватая, вязкая маслянистая жидкость. Нитроглицерин нерастворим в воде. Этим его свойством пользовался Нобель: чтобы после транспортировки подготовить нитроглицерин к применению и освободить его от метанола, он промывал смесь водой - метиловый спирт растворялся в ней и уходил, а нитроглицерин оставался. Это же свойство используют при получении нитроглицерина: водой продукт синтеза промывают от остатков реагентов.

Нитроглицерин гидролизуется (с образованием глицерина и азотной кислоты) при нагревании. Без нагревания идет щелочной гидролиз.

Взрывчатые свойства

Как уже было сказано, нитроглицерин крайне неустойчив. Однако здесь стоит сделать важное замечание: он восприимчив именно к механическому воздействию - взрывается от сотрясения или удара. Если просто поджечь его, жидкость, скорее всего, будет спокойно гореть без взрыва.

Стабилизация нитроглицерина. Динамит

Первым опытом по стабилизации нитроглицерина Нобеля был динамит - кизельгур полностью поглощал жидкость, и смесь была безопасной (до тех пор, конечно, пока ее не активируют в подрывной шашке). Причина, по которой используется именно кизельгур - Наличие микротрубочек в этой породе обусловливает эффективное всасывание жидкости (нитроглицерина) и удержание ее там на долгое время.

Получение в лаборатории

Реакция получения нитроглицерина в лаборатории сейчас все та же, которой пользовался еще Собреро - этерификация в присутствии серной кислоты. Сначала берется смесь азотной и серной кислот. Кислоты необходимы концентрированные, с малым количеством воды. Далее к смеси малыми порциями при постоянном перемешивании постепенно добавляется глицерин. Температура должна поддерживаться низкая, так как в горячем растворе вместо этерификации (образования эфира) будет происходить окисление глицерина азотной кислотой.

Но так как реакция идет с выделением большого количества тепла, смесь необходимо постоянно охлаждать (обычно это делается с помощью льда). Как правило, она держится в районе 0 °С, превышение отметки в 25 °С может грозить взрывом. Контроль температуры осуществляется постоянно с помощью термометра.

Нитроглицерин тяжелее воды, однако легче минеральных (азотной и серной) кислот. Поэтому в реакционной смеси продукт будет лежать отдельным слоем на поверхности. После окончания реакции сосуд необходимо еще охладить, подождать, пока в верхнем слое не скопится максимальное количество нитроглицерина, а потом слить его в другую емкость с холодной водой. Затем идет интенсивная промывка в больших объемах воды. Это необходимо для того, чтобы как можно лучше очистить нитроглицерин от всех примесей. Это важно, потому что в комплекте с остатками непрореагировавших кислот взрывоопасность вещества увеличивается в несколько раз.

Промышленное получение

В промышленности уже давно довели до автоматизации процесс получения нитроглицерина. Система, которая используется в настоящее время, в основных своих аспектах была придумана еще в 1935 году Биацци (и так и называется - установка Биацци). Главные технические решения в ней - это сепараторы. Первичная смесь непромытого нитроглицерина сначала в сепараторе под действием центробежных сил разделяется на две фазы - ту, что с нитроглицерином, отбирают для дальнейшей промывки, а кислоты остаются в сепараторе.

Остальные этапы производства совпадают со стандартными. То есть, смешивание глицерина и нитрующей смеси в реакторе (производится с помощью специальных насосов, перемешивается турбинной мешалкой, охлаждение более мощное - с помощью фреона), несколько этапов промывки (водой и чуть подщелоченной водой), перед каждым из которых идет этап с сепаратором.

Установка Биацци достаточно безопасна и обладает достаточно высокой производительностью по сравнению с другими технологиями (однако обычно большое количество продукта теряется при промывке).

Домашние условия

К сожалению, хотя, скорее, к счастью, синтез нитроглицерина в домашних условиях связан со слишком большим количеством трудностей, преодоление которых в основном не стоит результата.

Единственный возможный способ синтеза в домашних условиях - получение нитроглицерина из глицерина (как и в лабораторном способе). И здесь основная проблема - серная и азотная кислоты. Продажа этих реактивов разрешена только определенным юридическим лицам и строго контролируется государством.

Возникает очевидное решение - синтезировать их самостоятельно. Жюль Верн в своем романе "Таинственный остров", рассказывая об эпизоде изготовления главными героями нитроглицерина, опустил конечный момент процесса, однако крайне подробно описал процесс получения серной и азотной кислот.

Действительно заинтересовавшиеся могут заглянуть в книгу (первая часть, глава семнадцатая), однако и тут загвоздка - необитаемый остров буквально изобиловал необходимыми реактивами, поэтому в распоряжении героев оказались серный колчедан, водоросли, много угля (для обжига), калийная селитра и так далее. Будет ли это у среднестатистического увлекающегося человека? Вряд ли. Поэтому домашний нитроглицерин в абсолютном большинстве случаев остается лишь мечтой.

Перед тем как сделать нитроглицериновую мазь в домашних условиях, нужно определить, а действительно ли необходимо именно это лекарственное средство. Мазь содержит тринитрат глицерина, который оказывает сосудорасширяющее действие и улучшает кровообращение в области применения, понижает кровяное давление, расслабляя гладкую мускулатуру сосудов.

Нитроглицерин является распространенным названием для всех препаратов, содержащих тринитрат глицерина. При этом само химическое соединение имеет склонность к детонации, поэтому в чистом виде не применяется в качестве лекарственного средства. Однако это название прочно закрепилось за определенной категорией медицинских препаратов и действующих веществ.

Нитроглицериновая мазь имеет ланолин-вазелиновую основу, отличающуюся отличными эмульгирующими свойствами. Ланолин в сочетании с вазелином помогает смягчить кожу в области нанесения препарата для лучшего проникновения активного компонента в организм.

1. Геморроя.
2. Анальных трещин.
3. Эректильной дисфункции.

Нитроглицериновая мазь быстро всасывается, локально расширяя сосуды и пещеристые тела в области применения. При околоректальном использовании расслабляется сфинктер ануса, что уменьшает травматизм трещин и способствует их заживлению.

Эффект в устранении эректильной дисфункции достигается за счет расширения пещеристых тел полового члена, из-за чего улучшается его снабжение кровью. При длительном применении положительный эффект начинает снижаться. В ряде случаев такое применение данного средства нецелесообразно.

Приобретение нитроглицериновой мази в аптеках часто представляет определенную сложность. Препарат попросту отсутствует в аптечных сетях. Это связано с некоторыми особенностями официальной регистрации лекарственных средств фармацевтическими компаниями. Для получения мази требуется наличие индивидуального рецепта на изготовление нужного препарата. Также нужно, чтобы аптека делала лекарства на основании выписанной врачом инструкции, а этим занимаются далеко не все специализированные пункты и магазины.

На основании индивидуальных рецептов, как правило, изготавливаются препараты с содержанием активного компонента в 0,2% и 0,4% по отношению с массой всего лекарственного средства. С таким процентным содержанием действующего вещества, как большем, так и меньшем, можно сделать нитроглицериновую мазь самостоятельно в домашних условиях.

Для этого понадобятся нитроглицерин в таблетках или капсулах для получения действующего вещества и обычный вазелин для использования в качестве основы. Ланолин, входящий в состав оригинальной мази, можно приобрести в аптеке, однако он отличается относительно высокой ценой, от 300-400 рублей за 100 г. Использование ланолина в самостоятельно изготавливаемой смеси необязательно.

Таблетки и капсулы выпускаются, как правило, с массой 0,5 г и содержанием нитроглицерина в объеме 2%. При такой форме выпуска потребуется смешать 1 растолченную таблетку с 10 мл основы. Для определения нужного объема вазелина можно использовать медицинские шприцы.

Если принято решение об использовании ланолина, то он добавляется вместо половины используемого вазелина.

• 1 таблетка или капсула 0, 5 г;
• 5 мл вазелина;
• 5 мл ланолина.

Чтобы приготовить препарат с содержанием активного вещества 0,4% потребуется 2 таблетки нитроглицерина на тот же объём основы в 10 мл.

Таблетки растираются до состояния мелкого порошка и после замешиваются вместе с основой. В итоге должен получиться крем, подходящий для нанесения на нужную область.

Нитроглицерин может также выпускаться в виде 1% спиртового раствора, но из такой смеси нельзя приготовить 0,2% или 0,4% крем, да и использование спирта в местном средстве для лечения геморроя и анальных трещин, мягко говоря, нежелательно.

Хранить нитроглицериновую мазь следует в прохладном, но не слишком холодном месте. Тринитрат глицерина очень чувствителен к переохлаждению. Изготовленную смесь желательно защищать от воздействия света. Для этого используется посуда с темным или непроницаемым для света стеклом.

Срок годности приготовленной мази – не более 4 недель с момента производства.

Не рекомендуется использовать аналоги таблеток нитроглицерина для самостоятельного приготовления лекарственного крема. Не всегда возможно самому оценить характер действия на организм тех или иных элементов лекарства.

В ряде средств, активным компонентом которых является тринитрат глицерина, используются разнообразные вспомогательные вещества. Только специалист может определить, подходят ли они для местного применения, особенно в областях, чувствительных для всякого рода воздействий.

Применение лекарственного средства

При использовании препарата в завышенных объемах отмечаются головные боли и головокружения из-за понижения артериального давления вследствие быстрого расширения сосудов.

Нитроглицериновую мазь используют 2-4 раза в день в течение 3-4 недель. После нанесения на нужную область следует тщательно вымыть руки, во избежание продолжения впитывания активного компонента.

При частом использовании отмечается снижение положительного воздействия препарата. Применение нитроглицериновой мази имеет ряд ограничений и противопоказаний, поэтому её использование должно осуществляться только после консультации с соответствующим специалистом. В зависимости от характера возникших проблем, это может быть проктолог или уролог.