Styphninsäure Synthese

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Allgemeine Infos
Styphninsäure ist eine aromatische Nitroverbindung, in Fachkreisen besser bekannt als Trinitroresorcin, kurz TNR. Es handelt sich dabei um einen wirklich schwachen Sprengstoff (seine Detonationsgeschwindigkeit ist nicht bekannt), welcher auch in der Praxis keinerlei Verwendung findet.Sehr interessant sind seine Salze, die Styphnate, vor allem Blei- und Magnesiumtyphnat. Wie alle Styphnate sind diese extrem empfindlich gegenüber elektrostatischen Aufladungen, aber auch sehr kraftvoll. Deswegen wird Bleistyphnat, unter Mischung mit Zusatzmitteln, weltweit noch heute neben Bleiazid als Initialsprengstoff eingesetzt.Insgesamt kann man aus Resorcin zwei Nitroderivate gewinnen, das Dininitro- und das Trinitroresorcin, das bessere Trinitroresorcin ist auch bei schwachen Säuren anteilig enthalten, wobei auch aus der Vorstufe sehr explosives Salze zu gewinnen sind. In diesem Versuch verwenden wir Salpetersäure bis 60%, was den Anteil von Dinitroresorcin im Endprodukt etwas erhöht, für die reinste Form des Trinitroresorcins würde man hoko HNO3 benötigen.Styphninsäure ist in kaltem Wasser fast unlöslich, aber gut löslich in Ethanol, was auch das umkristallisieren am Ende der Synthese vereinfacht. Zur Weiterverarbeitung oder Lagerung wird dies auch dringend empfohlen, genau wie für eine mögliche Lagerung.

 

Generell sollte man Sprengstoffe, vor allem Initialsprengstoffe nicht lagern, sondern schnell weiter verarbeiten!

 

Warnhinweise
– Styphninsäure ist wie alle Initialsprengstoffe Reib-, Schlag- und Wärmeempfindlich
– Styphninsäure ist als gesundheitsschädlich eingestuft
– Bei der Synthese wird mit konz. Säuren gearbeitet, unbedingt Schutzhandschuhe und Atemschutz
tragen, oder im fre ien (bzw. Abzug) Experimentieren

– Styphninsäure färbt Stoffe und vor allem die Haut gelb, dies ist nicht sonderlich gefährlich, sollte aber       trotzdem vermieden werden! Die Gelbfärbung verschwindet nach spätestens 24 Stunden

 

Stoffdaten
Name: Styphninsäure
Trivialnamen: – Trinitroresorcin
– 2,4,6-Trinitro-1,3-dihydroxybenzen
– 2,4,6-Trinitro-3-hydroxyphenol
– 2,4,6-Trinitroresorcin(ol)
– Oxypikrinsäure
Summenformel: C6H3N3O8
CAS-Nummer: 82-71-3
Molare Masse : 245,11g/mol
Dichte: 1,83g/cm3
Schmelzpunkt: 175,5°C
Detonationsgeschwindigkeit: unbekannt, da nur die Salze verwendet werden
Bleiblockausbauchung: 28,4cm3/g
Schlagempfindlichkeit: 7,4Nm
Reibempfindlichkeit:  bis 353N Stiftbelastung keine Reaktion
Sauerstoffbilanz:  -35,9 %

 

Weiterführende Links
http://www.lambdasyn.org/synfiles/styphninsaeure.htm
https://www.sciencemadness.org/whisper/v…p?tid=2827
https://www.sciencemadness.org/whisper/v…p?tid=4457

 

Quelle der Synthese
– Lambda Synthesen, Versuchschemie und Sciencemadness
– Es handelt sich dabei um eine auf den Labormaßstab angepasste Synthese, welche sich leicht von der    im Urbanski Ebook Band 1 unterscheidet

 

Wichtige Infos und Erklärungen
Die Synthese der Lambda Page führte bei mir immer zu einem überkochen der Lösung, es fehlte zudem der Farbumschwung der Mischung nach vollständiger Zugabe des Resorcin zur Schwefelsäure. Die Lösung blieb einfach dunkelblau, ohne ins helllila umzuschwenken. Grund dafür war die Zugabe des Natriumnitrits, ohne klappte es Problemlos.

 

Ohne diesen Umschwung ins helllila darf die Synthese unter keinen Umständen weiter geführt werden!

   

 

Die in dieser Synthese zu sehenden Farben der Lösung können sich in der Realität immer etwas unterscheiden, je nach Menge und Konzentration der Säure, Reinheit der Chemikalien etc. Folgende Entwicklungen sind ein Zeichen für eine erfolgreiche Synthese und müssen  vorkommen:

1) Umschwung von tiefblau zu helllila, ein paar Minuten nach vollständiger Zugabe des Resorcin
2) Rotfärbung nach wenigen Tropfen Salpetersäure
3) Starker Temperaturanstieg schon durch wenige Tropfen Salpetersäure
4) Ab 44°C sollte die Lösung später von rot zu orange und gelb umschlagen.

 

Materialien
– 1000ml Becherglas
– 400ml Becherglas (optional)
– 250ml Becherglas
– 100ml Becherglas (optional=
– Magnetrührer mit Rührfisch
– 2x Laborthermometer
– Eis- und Wasserbad
– Laborlöffel (optional)
– Waage
– Stativ
– Filter oder Filternutsche
– Tropftrichter
– Petrischalen (optional)

Chemikalien
– 8g Resorcin
– 50ml Schwefelsäure (98%)
– 45ml Salpetersäure (60%)
– Eiswasser

 

Durchführung
1) Zuerst baut man den Versuch auf, dafür platziert man das 400ml Becherglas auf dem Magnetrührer und misst das Resorcin ab.

 

2) Nun werden 50ml Schwefelsäure (98%) im Becherglas vorgelegt, auf ca. 30°C erhitzt und das Resorcin hinzugefügt. Dies sollte in einem Schwung erfolgen, um Säurespritzer zu vermeiden kann das Resorcin aber auch mit einem Löffel vorsichtig hinzugefügt werden.

 

3) Die Lösung wechselt nun schnell ihre Farbe, von hellgelb zu grau, schwarz bis hin zu dunkelblau. Die Temperatur kann dabei auf 45°C ansteigen, was aber nicht weiter schlimm ist.  Wichtig hingegen ist der Farbumschlag von tiefblau zu helllila, welcher sich einige Minuten nach dem vollständigen Auflösen des Resorcin ereignen sollte.

 

                 

 

4) Nach erfolgreichem Farbumschlag wird die Lösung unter ständigem Rühren auf 100°C erhitzt und diese Temperatur ca. 1 Stunde lang gehalten. Anschließend lässt man sie wieder auf Zimmertemperatur abkühlen, wobei sie durchaus etwas dickflüssig werden kann.

 

5) Danach kühlt man die Lösung und die Salpetersäure im Tiefkühlfach soweit es geht ab, baut ein Eisbad auf und beginnt mit der Zugabe der Salpetersäure. Dies sollte wirklich nur tropfenweise geschehen, und die Temperatur immer unter 15°C gehalten werden.

 

            

 

Wenige Tropfen führen schon zu einem sehr starken Temperaturanstieg.
Die Lösung verfärbt sich von lila zu leicht bis tiefrot, je nach Säurekonzentration und Menge.
Vor dem nächsten Schritt kann man optional die Lösung in ein 400ml Becherglas umfüllen, da sie anschließend stark an Volumen gewinnt.

 

6) Ist die Salpetersäure vollständig hinzu gegeben, wird 10 Minuten weiter umgerührt, das Eisbad entfernt und der Inhalt des Becherglases langsam auf 75-80°C erhitzt. Diese Temperatur muss 45 Minuten lang gehalten werden.

 

        

 

Beim erwärmen verfärbt sich die Lösung langsam ins gelbe und wird extrem dickflüssig, bis sie zu einer Art Kuchen aufgeht. Umrühren sollte man in diesem Schritt nicht, da sonst die Gase im Kuchen entweichen und er sehr stark abkühlt was für die Reaktion eher hinderlich ist. Ab 75°C entweichen die Gase auch ein wenig von selbst, was die Temperatur im Grunde selbst reguliert.

Die Temperatur wirklich nur sehr langsam steigern, sonst kommt es zu einer raschen Reaktion und die Lösung kocht über!
Es entstehen Stickoxide, diese dürfen auf keinen Fall eingeatmet werden.
Durch umrühren kann man einer Temperaturexplosion entgegen wirken.

7) Nun holt man ein 1000ml Becherglas mit Eiswasser aus dem Kühlschrank und gießt den Inhalt des Becherglases schwungvoll hinein. Die Styphninsäure sollte sofort ausfallen. Man lässt die Lösung noch eine Stunde lang stehen, am besten im Eisfach  und filtert den hell gelben Bodensatz ab.

 

              

 

8) Die Filter werden mehrfach mit Eiswasser nachgespült und anschließend zum trocknen ausgelegt, z.B. in der Sonne. Die Anfangs hell-gelbe Farbe kann durchaus etwas ins gelb-braune übergehen da TNR etwas mit dem Luftsauerstoff reagiert. Dies ist aber nicht weiter schlimm.

Im Hochvakuum würden sich die Kristalle wieder entfärben.

 

Praktische Ausbeute
13,84g Styphninsäure aus 8g Resorcin

Weitere Verwendung
Möchte man aus der Styphninsäure noch Bleistyphnat herstellen, sollte man vorher mindestens einmal umkristallisieren. Dazu löst man die Styphninsäure in warmen (ca. 40°C) Ethanol, und gießt ihn in die doppelte Menge Eiswasser (0°C).

 

Und hier noch ein sehr gutes Video zur Herstellung