エリスリトール四硝酸塩

エリスリトール四硝酸塩
名前
	IUPAC名 [( 2R,3R )-1,3,4-トリニトロオキシブタン-2-イル]硝酸塩
	その他の名前四硝酸エリスリチル（INN）
識別子
CAS番号	7297-25-8 ;
3Dモデル（JSmol）	インタラクティブ画像;
バイルシュタイン参考文献	1730082
チェビ	チェビ:60072 ;
チェムBL	番号:;
ケムスパイダー	4447608 ;
ドラッグバンク	DB01613;
ECHA 情報カード	100.027.940
EC番号	230-734-9;
ケッグ	D04051;
パブケム CID	5284553;
ユニ	35X333P19D ;
CompTox ダッシュボード ( EPA )	DTXSID9022990;
	インチ InChI=1S/C4H6N4O12/c9-5(10)17-1-3(19-7(13)14)4(20-8(15)16)2-18-6(11)12/h3-4H、 1-2H2/t3-,4+ キー: SNFOERUNNSHUGP-ZXZARUISSA-N ; InChI=1/C4H6N4O12/c9-5(10)17-1-3(19-7(13)14)4(20-8(15)16)2-18-6(11)12/h3-4H、 1-2H2/t3-,4+ キー: SNFOERUNNSHUGP-ZXZARUISBH;
	笑顔 C(C(C(CO[N+](=O)[O-])O[N+](=O)[O-])O[N+](=O)[O-])O[N+]( =O)[O-];
プロパティ
化学式	Ｃ4Ｈ6Ｎ4Ｏ12の
モル質量	302.108 グラムモル−1
密度	1.7219 (±0.0025) g/ cm3
融点	61 °C (142 °F; 334 K)
沸点	160℃で分解する
水への溶解度	0.00302 g/100 mL
危険
	GHSラベル:
ピクトグラム
NFPA 704 (ファイアダイヤモンド)	1 1 3 牛
爆発的なデータ
衝撃感度	中（2.0 Nm）
摩擦感度	中くらい
爆発速度	8200 メートル/秒
RE係数	1.60
	特に記載がない限り、データは標準状態（25 °C [77 °F]、100 kPa）の材料に関するものです。確認する（何ですか？）インフォボックス参照

エリスリトールテトラナイトレート（ETN ）は化学的にはPETNに似た爆発性化合物であるが^[1]、摩擦や衝撃に対しては若干敏感であると考えられている。

多くの硝酸エステルと同様に、ETN は血管拡張剤として作用し、1950 年代初頭に製法特許に基づいて製造された「ニトログリン」と呼ばれるオリジナルの「徐放性」錠剤の有効成分でした。 ^[要出典] ETN を摂取したり、長時間皮膚に接触したりすると、吸収され、「ニトロ頭痛」と呼ばれる症状を引き起こす可能性があります。

歴史

1849年にジョン・ステンハウスが、発見したばかりのエリスリトールをニトロ化することで発見されました。 ^[2]彼はその爆発特性を説明しましたが、原子量がまだ正確に決定されていなかったため、誤った式を提案しました。

その血管拡張作用は1895年から研究されてきました。^[3]

デュポン社は戦後この爆薬を研究し、1928年に特許を取得しましたが^[4]、エリスリトールの合成が困難であったため商品化されることはありませんでした。1990年代になってようやく、遺伝子組み換え酵母によってこの炭水化物が広く利用可能になりました。

プロパティ

ETNは比較的高い爆速8206m/sを持ち、密度は1.7219（±0.0025）g/cm ³である。^[5]色は白色で無臭である。ETNは一般に他の高性能爆薬と混合して鋳造される。衝撃と摩擦にやや敏感なので、取り扱いには注意が必要である。ETNはアセトンや他のケトン溶媒に容易に溶解する。衝撃と摩擦に対する感度は、四硝酸ペンタエリスリトール（PETN）よりもわずかに高い。溶融鋳造および圧縮ETNの感度は同等である。エリスリトールの低級硝酸塩、例えば三硝酸エリスリトールは水に溶けるため、ほとんどのETNサンプルを汚染しない。

PETNと同様に、ETNは非常に長い保存期間を持つことで知られています。結晶構造を直接観察した研究では、室温で4年間保管した後でも分解の兆候は見られませんでした。ETNの融点は61℃ですが、PETNの融点は141.3℃です。ETNの分解に関する最近の研究では、O−NO ₂結合が切断され、分解シーケンスが開始される単分子律速段階が示唆されています。^[6]

ETN は再結晶化が可能であり、また再結晶化する必要があります。これにより、合成時に閉じ込められた酸を取り除くことができます。温かいエタノールまたはメタノールは、実行可能な溶媒です (10 g の ETN/100 ml の EtOH に近い)。ETN/エタノール溶液を数リットルの冷水に素早く注ぐと、ETN はかさ密度が約 0.3 g/cm ³の大きな板状物質 (ふわふわした物質) として沈殿します。この ETN/エタノール溶液に水をゆっくりと加えて激しく混ぜると、より小さく細かい結晶が生成されます。温かい ETN/エタノール溶液を -20 °C 未満の冷却槽で衝撃冷却すると、非常に細かい結晶を調製できます。ETN は、約 1.2 g/cm ³まで手で簡単に圧縮できます(偶発的な爆発の危険性がわずかにあります)。

20 mg 程度の ETN の小さなサンプルでも、例えばアルミホイルの上に置いて下から炎で加熱するなど、閉じ込めずに加熱すると、爆発に近い比較的強力な爆発を引き起こす可能性があります。

ETNは、温水（約65℃）で溶解鋳造できる。わずかに分解する可能性がある（多くの場合、色が白から非常に薄い黄色に変化することでわかる）。とはいえ、爆発につながる暴走反応の報告は確認されていない（バケツ1杯の温水と再結晶化したETNのみを使用して溶解鋳造した場合）。溶解鋳造ETNは、10～30分かけてゆっくり冷却した場合、密度は1.70 g/cm ³、爆速は8040 m/s、爆圧P _{cjは約300 kbarである。その}爆発力はセムテックス（ブランドによって約220 kbar）よりもはるかに高い^[5]^[7]^[8] 溶解鋳造ETNとPETNの混合物（重量比約50:50%）は、中程度の装備のアマチュアが製造できる最も爆発力の高い爆薬である。これらの混合物のP _{cjは300 kbarをわずかに上回り、爆発速度は8 km/sを超えています。これは、}LX-10やEDC-29などの実戦配備された軍用爆発物の最大値（約370 kbar、9 km/s近く）に近いものです。 ^[9]

ETN は、多くの場合、 PIB /合成油バインダー（ C4のバインダーシステムに非常に類似）または液体硝酸エステルを使用して可塑化されます。PIB ベースのプラスチック爆薬は無毒で、密度（結晶サイズ、バインダー量、および最終圧延量の影響を受ける）に応じて、P cj が 200～250 kbar で C4 またはSemtexと完全に同等です。EGDN / _ETN/ NCシステムは接触すると有毒で、摩擦と衝撃に非常に敏感ですが、一般に C4 よりわずかに強力（P _cjは約 250 kbar、E _{detは 5.3 MJ/kg）で、}Semtexより強力（P _cjは約 220 kbar、E _{det は}5 MJ/kg 未満）で、P _cjは約 250～270 kbar、E _detは約 6 MJ/kg です。^[要出典]爆発ソフトウェア^[要説明]や実験テストが異なると、相対的な割合が維持されたまま 5% 以上変化する可能性がある絶対的な爆発圧力が生じることに注意してください。

EGDN/NC/樟脳結合剤を含むETNベースのプラスチック爆薬125gとその上にクリーマーを載せたもの

メルトキャストETNはヘス試験で無効な結果を示し、変形は26mm以上で鉛シリンダーが完全に破壊される。セムテックス1Aは同じ試験でわずか21mmしか示さず、メルトキャストETNはセムテックス1Aよりも少なくとも20%強度が高い。^[10]

溶融鋳造ETNまたは高密度/低不活性含有量ETNプラスチック爆薬は、テロの「監視リスト」に載っている物質の1つです。

酸素バランス

この爆薬が持つ、PETN にはない特性の 1 つは、正の酸素バランスです。これは、ETN の構造内に、爆発時に炭素と水素をすべて完全に酸化するのに十分な酸素が含まれていることを意味します。これは、以下の化学式で確認できます。

2C4H6N4O12 → 8CO2 + _6H2O + _4N2 + _1O2

一方、PETN は次のように分解されます。

2C5H8N4O12 → _6CO2 + _8H2O + _4N2 + _4CO

一酸化炭素（CO）は二酸化炭素（CO ₂）への酸化を完了するために酸素を必要とする。ETNの分解化学に関する詳細な研究が最近明らかにされた。^[6]

したがって、分解する ETN 2 モルごとに、自由 O ₂ 1 モルが放出されます。この酸素は、添加された金属粉塵や、TNTや PETN などの酸素欠乏爆薬を酸化するために使用できます。ETN からの酸素が PETN を酸化する化学式を以下に示します。ETN からの余分な酸素は、一酸化炭素 (CO) を二酸化炭素 (CO ₂ ) に酸化します。

2C4H6N4O12 ₊ 1C5H8N4O12 _→ 13CO2 + _10H2O₊ 6N2

製造

他のニトロ化ポリオールと同様に、ETN は、濃硫酸と硝酸塩を混合するか、硫酸と硝酸の混合物を使用してエリスリトールをニトロ化することによって製造されます。

参照

参考文献

^エリスリトールテトラニトラートは、1849年にイギリスの化学者 ジョン・ステンハウス（1809–1880）によって初めて合成されました。彼は地衣類から単糖エリスリトール（彼は「エリスログルシン」と名付けました）を抽出し、その化学的性質を研究しました。参照：ジョン・ステンハウス（1849年1月1日）「いくつかの地衣類の近似原理の検討。第2部」、王立協会哲学論文集（ロンドン）、第139巻、393-401ページ。ドイツ語で再版：ジョン・フォン・ステンハウス（1849）「Über die näheren Bestandtheile einige Flechten」、ユストゥス・リービッヒの化学と薬学の年鑑、第70巻、第2号、218-228ページ。要約版 (ドイツ語): John Stenhouse (1849 年 9 月 12 日) 「Über die näheren Bestandtheile einige Flechten」、Pharmaceutisches Centralblatt、vol. 20、いいえ。 40、625～628ページ。
^ 「いくつかの地衣類の近似原理の検討。 - パート II」。ロンドン王立協会哲学論文集。139 :393–401。1849-12-31。doi : 10.1098/rstl.1849.0020。ISSN 0261-0523 。
^ Oettingen, Wolfgang Felix Von (1946)。脂肪族亜硝酸エステルおよび硝酸エステルの生理機能への影響：特に化学組成に関連して。米国政府印刷局。
^ 米国特許 1691954A
^ ab Oxley, Jimmie C.; Smith, James L.; Brady, Joseph E.; Brown, Austin C. (2012年2月). 「四硝酸エステルの特性評価と分析」.推進剤、爆薬、花火. 37 (1): 19–39. CiteSeerX 10.1.1.653.6239 . doi :10.1002/prep.201100059. ISSN 0721-3115.
^ ab Furman, David; Kosloff, Ronnie; Zeiri, Yehuda (2016-12-22). 「衝撃を受けたエリスリトールテトラニトラートの反応性に対するナノスケールの不均一性の影響」The Journal of Physical Chemistry C . 120 (50): 28886–28893. doi :10.1021/acs.jpcc.6b11543. ISSN 1932-7447.
^ マーティン・クンツェル;マティアス、ロバート。ヴォドホツキー、オンドジェ。パックマン、ジリ (2017-05-04)。「メルトキャスト四硝酸エリスリトール（ETN）の爆発特性」。中央ヨーロッパエネルギー材料ジャーナル。14 (2): 418–429。土井：10.22211/cejem/68471。ISSN 1733-7178。
^ Oxley, Jimmie C.; Furman, David; Brown, Austin C.; Dubnikova, Faina; Smith, James L.; Kosloff, Ronnie; Zeiri, Yehuda (2017-07-18). 「エリスリトールテトラニトラートの熱分解：実験と計算の共同研究」. The Journal of Physical Chemistry C . 121 (30): 16145–16157. doi :10.1021/acs.jpcc.7b04668. ISSN 1932-7447.
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^ マティアーシュ、ロバート;クンツェル、マーティン。ルジチカ、アレシュ。ペトル・クノテック。ヴォドホツキー、オンドジェ (2014)。「四硝酸エリスリトールの爆発性」。推進剤、爆発物、発火物: 該当なし。doi :10.1002/prep.201300121 (2024-11-03 非アクティブ)。{{cite journal}}: CS1 メンテナンス: DOI は 2024 年 11 月時点で非アクティブです (リンク)

[1] ^エリスリトールテトラニトラートは、1849年にイギリスの化学者 ジョン・ステンハウス（1809–1880）によって初めて合成されました。彼は地衣類から単糖エリスリトール（彼は「エリスログルシン」と名付けました）を抽出し、その化学的性質を研究しました。参照：ジョン・ステンハウス（1849年1月1日）「いくつかの地衣類の近似原理の検討。第2部」、王立協会哲学論文集（ロンドン）、第139巻、393-401ページ。ドイツ語で再版：ジョン・フォン・ステンハウス（1849）「Über die näheren Bestandtheile einige Flechten」、ユストゥス・リービッヒの化学と薬学の年鑑、第70巻、第2号、218-228ページ。要約版 (ドイツ語): John Stenhouse (1849 年 9 月 12 日) 「Über die näheren Bestandtheile einige Flechten」、Pharmaceutisches Centralblatt、vol. 20、いいえ。 40、625～628ページ。

[2] 「いくつかの地衣類の近似原理の検討。 - パート II」。ロンドン王立協会哲学論文集。139 :393–401。1849-12-31。doi : 10.1098/rstl.1849.0020。ISSN 0261-0523 。

[3] Oettingen, Wolfgang Felix Von (1946)。脂肪族亜硝酸エステルおよび硝酸エステルの生理機能への影響：特に化学組成に関連して。米国政府印刷局。

[4] 米国特許 1691954A

[Oxley-5] Oxley, Jimmie C.; Smith, James L.; Brady, Joseph E.; Brown, Austin C. (2012年2月). 「四硝酸エステルの特性評価と分析」.推進剤、爆薬、花火. 37 (1): 19–39. CiteSeerX 10.1.1.653.6239 . doi :10.1002/prep.201100059. ISSN 0721-3115.

[:0-6] Furman, David; Kosloff, Ronnie; Zeiri, Yehuda (2016-12-22). 「衝撃を受けたエリスリトールテトラニトラートの反応性に対するナノスケールの不均一性の影響」The Journal of Physical Chemistry C . 120 (50): 28886–28893. doi :10.1021/acs.jpcc.6b11543. ISSN 1932-7447.

[7] マーティン・クンツェル;マティアス、ロバート。ヴォドホツキー、オンドジェ。パックマン、ジリ (2017-05-04)。「メルトキャスト四硝酸エリスリトール（ETN）の爆発特性」。中央ヨーロッパエネルギー材料ジャーナル。14 (2): 418–429。土井：10.22211/cejem/68471。ISSN 1733-7178。

[8] Oxley, Jimmie C.; Furman, David; Brown, Austin C.; Dubnikova, Faina; Smith, James L.; Kosloff, Ronnie; Zeiri, Yehuda (2017-07-18). 「エリスリトールテトラニトラートの熱分解：実験と計算の共同研究」. The Journal of Physical Chemistry C . 121 (30): 16145–16157. doi :10.1021/acs.jpcc.7b04668. ISSN 1932-7447.

[9] ttps://permalink.lanl.gov/object/tr?what=info:lanl-repo/lareport/LA-UR-09-04939 ^{[ベア URL PDF ]}

[10] マティアーシュ、ロバート;クンツェル、マーティン。ルジチカ、アレシュ。ペトル・クノテック。ヴォドホツキー、オンドジェ (2014)。「四硝酸エリスリトールの爆発性」。推進剤、爆発物、発火物: 該当なし。doi :10.1002/prep.201300121 (2024-11-03 非アクティブ)。{{cite journal}}: CS1 メンテナンス: DOI は 2024 年 11 月時点で非アクティブです (リンク)