1,4-二硝基苯
1,4-二硝基苯（代號：p-DNB[註 1]）又稱對二硝基苯，是一種毒性很強的化學物質，主要出現於工業生產的粗製間二硝基苯中，其在有機化學工業中無直接應用。該物質具有一定爆炸性，第一次世界大戰期間，俄國、德國、瑞士也曾用含有它的粗製間二硝基苯裝填炮彈和水雷[5]。
| 1,4-二硝基苯 | |
|---|---|
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| IUPAC名 1,4-dinitrobenzene 1,4-二硝基苯 | |
| 別名 | p-DNB 對二硝基苯 |
| 識別 | |
| CAS號 | 100-25-4 
|
| PubChem | 7492 |
| ChemSpider | 7211 |
| SMILES |
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| InChI |
|
| InChIKey | FYFDQJRXFWGIBS-UHFFFAOYSA-N |
| 性質 | |
| 化學式 | C6H4N2O4 |
| 莫耳質量 | 168.11 g·mol⁻¹ |
| 外觀 | 無色針狀晶體[1] |
| 密度 | 1.625g/cm3[2] |
| 熔點 | 174°C[2] |
| 沸點 | 299°C（103.591kPa）[2] |
| 溶解性（水） | 微溶[1] |
| 溶解性 | 微溶於甲醇、乙醇、丙醇、二硫化碳、四氯化碳 可溶於苯、甲苯、氯仿、乙酸乙酯[3] |
| 熱力學[2] | |
| ΔfHm⦵298K | -38.49kJ·mol-1 |
| ΔcHm⦵ | -2891.12kJ·mol-1 |
| 爆炸性[1] | |
| 撞擊感度 | 39J |
| 摩擦感度 | 18.38J |
| 爆速 | 6500m/s |
| 危險性[4] | |
GHS危險性符號   
| |
| GHS提示詞 | Danger |
| H-術語 | H300+310+330, H300, H310, H319, H330, H373, H400, H410 |
| 閃點 | 150°C |
| 相關物質 | |
| 相關同分異構體 | 1,2-二硝基苯、1,3-二硝基苯 |
| 若非註明，所有數據均出自標準狀態（25 ℃，100 kPa）下。 | |
物理性質
編輯對二硝基苯屬單斜晶系，空間群為P21/n，其晶胞參數為：a=1.1137nm，b=0.5461nm，c=0.5684nm，β=92.22°，V=0.3454nm3，Z=2[6]。一般條件下的對二硝基苯為無色針狀結晶，密度1.625g/cm3，熔點174°C，103.591kPa下沸點299°C[2]。
20°C下，對二硝基苯微溶於甲醇、乙醇、丙醇、二硫化碳和四氯化碳，可溶於苯、甲苯、氯仿及乙酸乙酯。隨著溫度上升，對二硝基苯的溶解度也會相應提高，如其在水中的溶解度會由20°C時的0.01g/cm3提升至100°C時的0.3g/cm3[3]。
化學性質
編輯對二硝基苯對濃酸穩定，但易與鹼性化合物反應：強鹼與其反應生成對硝基苯酚鹽；氨與其反應生成對硝基苯胺；亞硫酸鈉與其反應生成對硝基苯磺酸鈉，利用該性質可分離不易與亞硫酸鈉反應的間二硝基苯[5]。此外，對二硝基苯還可在添加有叔丁醇鉀的液氨中與多種含氰基或羰基的化合物反應，使其取代苯環上的一個硝基，形成硝基苯的對位衍生物[7]。
對二硝基苯能夠阻礙格氏試劑製備進程且可與之反應，生成硝基芳烴氧自由基陰離子和加成產物。該加成產物再與一單位烷基鹵化鎂反應並用次氯酸鈉或DDQ處理即可得到加成上2個烷基的最終產物，而陰離子只需與DDQ或氧氣反應即可重新生成對二硝基苯[8][9]。對二硝基苯還能與其他烷基化試劑發生類似反應，生成多種環狀加成產物[10]。
對二硝基苯可在一定條件下與氫氣反應生成對硝基苯胺和對苯二胺，在適當催化劑、載體及反應條件下可達到高於90%的轉化率，使用鎳-氧化鋁配方，於168°C、氫氣壓力1.3MPa條件下反應5小時能夠以約76%產率製得對硝基苯胺。對二硝基苯直接氫化製取對苯二胺則較為困難，其選擇率一般低於54%[註 2][11]。
製備工藝
編輯使用硝硫混酸硝化硝基苯可以製得極少量的對二硝基苯，其產率一般低於3%，不同條件下製得的二硝基苯中異構體含量如下：[12]
| 溫度（°C） | 硝基苯質量（g） | 硫酸質量（g） | 硝酸質量（g） | 反應時間（h） | 熔點（°C） | 二硝基苯產物比例（%） | |||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 蒸餾前 | 蒸餾後 | 間位 | 鄰位 | 對位 | |||||
| 124~129 | 246 | 900（98%） | 284（88%） | 0.75 | 79.9 | 80.4 | 85.7 | 13.9 | 0.4 |
| 108~113 | 1.25 | 81.2 | 82.4 | 87.6 | 10.2 | 2.2 | |||
| 90~100 | 1.5 | 80.0 | 81.1 | 87.0 | 11.8 | 1.2 | |||
| 65~75 | 1.5 | 82.1 | 83.2 | 89.2 | 8.7 | 2.1 | |||
| 65~69 | 1500（100%） | 250 （發煙） |
1.5 | 83.0 | 83.7 | 89.3 | 7.7 | 3.0 | |
| 25~29 | 1.75 | 85.0 | 85.7 | 92.6 | 5.0 | 2.4 | |||
| -5~5 | 2 | 86.8 | 87.0 | 94.7 | 3.5 | 1.8 | |||
| -17~-10 | 24.6 | 150（105%） | 25 （發煙） |
4 | 86.9 | 87.3 | 95.1 | 2.5 | 2.4 |
使用亞硝酸和硝酸重氮化對硝基苯胺後再用氧化亞銅進行反應可製得較純淨對二硝基苯，使用過硫酸銨直接氧化對硝基苯胺也能取得類似效果[5]。
爆炸性能
編輯對二硝基苯的氧平衡為-95.2%，屬負氧平衡炸藥[註 3]，其爆熱為4605kJ/kg，爆壓18.96GPa，爆速6500m/s[1][2]。
毒性與危害
編輯
對二硝基苯經人體皮膚吸收後會引起發紺、頭痛、乏力等症狀，引發高鐵血紅蛋白症並導致肝腎損傷。急救時需立即給予吸氧支持並靜脈注射亞甲藍和維生素C的葡萄糖溶液，依病情發展還可額外注射地塞米松和促進腦細胞代謝藥[13]。
對二硝基苯對水生生物毒性極大，在對大型蚤的實驗中，其24小時半數致死濃度僅0.98ppm，48小時半數致死濃度0.27ppm，屬極毒品，其毒性大於鄰二硝基苯，遠超間二硝基苯及其他硝基苯的衍生物[14]。
注釋
編輯參考文獻
編輯- ^ 1.0 1.1 1.2 1.3 田德余; 趙鳳起; 劉劍洪 2011，第244-245頁.
- ^ 2.0 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 張皋等 2016，第27頁.
- ^ 3.0 3.1 Е.Ю. Орлова (著); 葉慶棠; 王忠桓; 李祜新(譯) 1965，第113-116頁.
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參考書籍
編輯- 張皋等. 新型含能化合物数据手册. 北京: 化學工業出版社. 2016. ISBN 978-7-122-27871-5 （中文（簡體））.
- 田德余; 趙鳳起; 劉劍洪. 含能材料及相关物手册. 北京: 國防工業出版社. 2011. ISBN 978-7-118-07785-8 （中文（簡體））.
- T. Urbański. 火炸药的化学与工艺学（第I卷）. 由孫榮康翻譯. 北京: 國防工業出版社. 1976. CSBN 15034·1425 （中文（簡體））.
- Е.Ю. Орлова. 烈性炸药的化学及工艺学. 由葉慶棠; 王忠桓; 李祜新翻譯. 北京: 國防工業出版社. 1965. CSBN 15034·890 （中文（繁體））.