Nitroglycérine - Nitroglycerin

Skeletal formula of zwitterionic nitroglycerin
Ball and stick model of nitroglycerin
Spacefill model of nitroglycerin
Noms
Nom IUPAC préféré
Trinitrate de propane-1,2,3-triyle
Autres noms
*1,2,3-Tris(nitrooxy)propane
  • Trinitrate de glycyle
  • Trinitroglycérine
Identifiants
Modèle 3D ( JSmol )
1802063
ChEBI
ChEMBL
ChemSpider
Banque de médicaments
Carte d'information de l'ECHA 100.000.219 Edit this at Wikidata
Numéro CE
165859
KEGG
Engrener Nitroglycérine
CID PubChem
UNII
Numéro ONU 0143, 0144, 1204, 3064, 3319
  • InChI=1S/C3H5N3O9/c7-4(8)13-1-3(15-6(11)12)2-14-5(9)10/h3H,1-2H2 checkY
    Clé : SNIOPGDIGTZGOP-UHFFFAOYSA-N checkY
  • InChI=1/C3H5N3O9/c7-4(8)13-1-3(15-6(11)12)2-14-5(9)10/h3H,1-2H2
    Clé : SNIOPGDIGTZGOP-UHFFFAOYAR
  • C(C(CO[N+](=O)[O-])O[N+](=O)[O-])O[N+](=O)[O-]
Propriétés
C 3 H 5 N 3 O 9
Masse molaire 227,085  g·mol -1
Apparence Liquide incolore
Densité 1,6  g⋅cm -3 (à 15 °C)
Point de fusion 14 °C (57 °F; 287 K)
Point d'ébullition 50 °C (122 °F; 323 K) Explose
Légèrement
Solubilité Acétone, éther, benzène, alcool
log P 2.154
Structure
Données explosives
Sensibilité aux chocs Haute
Sensibilité au frottement Haute
Vitesse de détonation 7700  m⋅s −1
Facteur RE 1,50
Thermochimie
Std enthalpie de
formation
f H 298 )
−370  kJ⋅mol −1
Std enthalpie de
combustion
c H 298 )
−1,529  MJ⋅mol −1
Pharmacologie
C01DA02 ( OMS ) C05AE01 ( OMS )
Intraveineuse, par voie orale, sous la langue, topique
Pharmacocinétique :
<1%
Le foie
3  minutes
Statut légal
Dangers
Principaux dangers Explosif, toxique
Pictogrammes SGH GHS02: Flammable GHS06: Toxic GHS08: Health hazard GHS01: Explosive
Mention d'avertissement SGH Danger
H202 , H205 , H241 , H301 , H311 , H331 , H370
P210 , P243 , P250 , P260 , P264 , P270 , P271 , P280 , P302 + 352 , P410
NFPA 704 (diamant de feu)
3
2
4
NIOSH (limites d'exposition pour la santé aux États-Unis) :
PEL (Autorisé)
C 0,2  ppm (2  mg/m 3 ) [peau]
Sauf indication contraire, les données sont données pour les matériaux dans leur état standard (à 25 °C [77 °F], 100 kPa).
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Références de l'infobox

La nitroglycérine ( NG ), également connue sous le nom de nitroglycérine , trinitroglycérine ( TNG ), nitro , trinitrate de glycéryle ( GTN ) ou 1,2,3-trinitroxypropane , est un liquide dense, incolore, huileux et explosif le plus souvent produit en nitrant du glycérol avec du blanc l'acide nitrique fumant dans des conditions appropriées à la formation de l' ester d' acide nitrique . Chimiquement, la substance est un composé organique de nitrate plutôt qu'un composé nitro , mais le nom traditionnel est conservé. Inventée en 1847 par Ascanio Sobrero , la nitroglycérine est depuis utilisée comme ingrédient actif dans la fabrication d' explosifs , à savoir la dynamite , et en tant que telle, elle est utilisée dans les industries de la construction , de la démolition et des mines . Depuis les années 1880, il a été utilisé par l'armée comme ingrédient actif et gélatinisant pour la nitrocellulose dans certains propergols solides tels que la cordite et la balistite . C'est un composant majeur des propulseurs sans fumée à double base utilisés par les rechargeurs . Combiné à la nitrocellulose , des centaines de combinaisons de poudres sont utilisées par les rechargeurs de fusils, de pistolets et de fusils de chasse.

La nitroglycérine est utilisée depuis plus de 130 ans en médecine comme puissant vasodilatateur (dilatation du système vasculaire) pour traiter les affections cardiaques , telles que l' angine de poitrine et l' insuffisance cardiaque chronique . Bien que l'on sache auparavant que ces effets bénéfiques sont dus à la conversion de la nitroglycérine en oxyde nitrique , un puissant venodilatateur, l'enzyme pour cette conversion n'a été découverte qu'en 2002 comme l' aldéhyde déshydrogénase mitochondriale ( ALDH2 ). La nitroglycérine est disponible en comprimés sublinguaux , en sprays. , onguents et patchs.

Histoire

La nitroglycérine a été le premier explosif pratique produit qui était plus fort que la poudre noire . Il a été synthétisé pour la première fois par le chimiste italien Ascanio Sobrero en 1847, travaillant sous Théophile-Jules Pelouze à l' Université de Turin . Sobrero a d'abord appelé sa découverte pyroglycérine et a vigoureusement mis en garde contre son utilisation comme explosif.

La nitroglycérine a ensuite été adoptée comme explosif commercialement utile par Alfred Nobel , qui a expérimenté des moyens plus sûrs de manipuler le composé dangereux après que son frère cadet, Emil Oskar Nobel , et plusieurs ouvriers d'usine ont été tués dans une explosion à l'usine d'armement des Nobels en 1864 en Hélèneborg , Suède.

Un an plus tard, Nobel fonda Alfred Nobel and Company en Allemagne et construisit une usine isolée dans les collines Krümmel de Geesthacht près de Hambourg . Cette entreprise exportait une combinaison liquide de nitroglycérine et de poudre à canon appelée "Blasting Oil", mais celle-ci était extrêmement instable et difficile à gérer, comme en témoignent de nombreuses catastrophes. Les bâtiments de l'usine Krümmel ont été détruits à deux reprises.

En avril 1866, trois caisses de nitroglycérine ont été expédiées en Californie pour le Central Pacific Railroad , qui prévoyait de l'expérimenter comme explosif de dynamitage pour accélérer la construction du tunnel Summit de 506 m de long à travers les montagnes de la Sierra Nevada. . L'une des caisses a explosé, détruisant un bureau de la société Wells Fargo à San Francisco et tuant 15 personnes. Cela a conduit à une interdiction complète du transport de nitroglycérine liquide en Californie. La fabrication sur place de nitroglycérine était donc nécessaire pour le reste du forage et du dynamitage dans la roche dure requis pour l'achèvement du premier chemin de fer transcontinental en Amérique du Nord .

En juin 1869, deux wagons d'une tonne chargés de nitroglycérine, alors connu localement sous le nom de Powder-Oil, ont explosé sur la route du village de Cwm-y-glo, au nord du Pays de Galles . L'explosion a fait six morts, de nombreux blessés et de nombreux dégâts dans le village. Peu de traces ont été retrouvées des deux chevaux. Le gouvernement britannique était tellement alarmé par les dommages causés et par ce qui aurait pu se passer dans une ville (ces deux tonnes faisaient partie d'un chargement plus important en provenance d'Allemagne via Liverpool) qu'il a rapidement adopté la loi sur la nitroglycérine de 1869. La nitroglycérine liquide était largement interdite ailleurs également, et ces restrictions légales ont conduit Alfred Nobel et son entreprise à développer de la dynamite en 1867. Cela a été fabriqué en mélangeant de la nitroglycérine avec de la terre de diatomées (" Kieselguhr " en allemand) trouvée dans les collines de Krümmel. Des mélanges similaires, tels que "dualine" (1867), "lithofracteur" (1869) et " gelignite " (1875), ont été formés en mélangeant de la nitroglycérine avec d'autres absorbants inertes, et de nombreuses combinaisons ont été essayées par d'autres sociétés pour tenter de contourner Brevets bien détenus de Nobel pour la dynamite.

Les mélanges de dynamite contenant de la nitrocellulose , qui augmente la viscosité du mélange, sont communément appelés « gélatines ».

Suite à la découverte que le nitrite d'amyle aidait à soulager les douleurs thoraciques, le médecin William Murrell a expérimenté l'utilisation de la nitroglycérine pour soulager l'angine de poitrine et réduire la tension artérielle . Il a commencé à traiter ses patients avec de petites doses diluées de nitroglycérine en 1878, et ce traitement a rapidement été largement utilisé après que Murrell a publié ses résultats dans la revue The Lancet en 1879. Quelques mois avant sa mort en 1896, Alfred Nobel s'est vu prescrire de la nitroglycérine. pour cette maladie cardiaque, en écrivant à un ami : « N'est-ce pas l'ironie du sort qu'on m'ait prescrit de la nitro-glycérine, à prendre en interne ! Ils l'appellent Trinitrine, pour ne pas effrayer le pharmacien et le public. L'établissement médical a également utilisé le nom "trinitrate de glycéryle" pour la même raison.

Taux de production en temps de guerre

De grandes quantités de nitroglycérine ont été fabriquées pendant la Première et la Seconde Guerre mondiale pour être utilisées comme propulseurs militaires et dans les travaux d' ingénierie militaire . Pendant la Première Guerre mondiale, HM Factory, Gretna , la plus grande usine de propergol en Grande-Bretagne, produisait environ 800 tonnes de cordite RDB par semaine. Cette quantité nécessitait au moins 336 tonnes de nitroglycérine par semaine (en supposant qu'il n'y ait pas de pertes de production). La Royal Navy avait sa propre usine à la Royal Navy Cordite Factory, Holton Heath , dans le Dorset , en Angleterre. Une grande usine de cordite a également été construite au Canada pendant la Première Guerre mondiale. L' usine de cordite Canadian Explosives Limited à Nobel, en Ontario , a été conçue pour produire 1 500 000 lb (680 t) de cordite par mois, nécessitant environ 286 tonnes de nitroglycérine par mois.

Instabilité et désensibilisation

Sous sa forme non diluée, la nitroglycérine est un explosif de contact , avec un choc physique la faisant exploser. S'il n'a pas été purifié de manière adéquate pendant la fabrication, il peut se dégrader avec le temps en des formes encore plus instables. Cela rend la nitroglycérine très dangereuse à transporter ou à utiliser. Sous sa forme non diluée, c'est l'un des explosifs les plus puissants au monde, comparable aux RDX et PETN plus récemment développés .

Au début de son histoire, la nitroglycérine liquide s'est révélée « désensibilisée » en la congelant, à une température inférieure à 45 à 55 °F (7 à 13 °C) selon sa pureté. Sa sensibilité au choc à l'état congelé est quelque peu imprévisible : « Il est plus insensible au choc d'une calotte fulminante ou d'une balle de fusil dans cet état mais en revanche il semble plus susceptible d'exploser en cas de rupture, d'écrasement, de bourrage, etc." La nitroglycérine congelée est beaucoup moins énergétique que le liquide et doit donc être décongelée avant utilisation. La décongélation peut être extrêmement sensibilisante, surtout si des impuretés sont présentes ou si le réchauffement est trop rapide. Du dinitrate d'éthylène glycol ou un autre polynitrate peut être ajouté pour abaisser la fusion et éviter ainsi la nécessité de décongeler l'explosif congelé.

La nitroglycérine chimiquement « désensibilisante » est possible à un point où elle peut être considérée à peu près aussi « sûre » que les explosifs puissants modernes , comme par l'ajout d' éthanol , d' acétone ou de dinitrotoluène . La nitroglycérine peut devoir être extraite du désensibilisateur chimique pour restaurer son efficacité avant utilisation, par exemple en ajoutant de l'eau pour prélever l'éthanol utilisé comme désensibilisateur.

Détonation

La nitroglycérine et tout diluant peuvent certainement déflagrer (brûler). Le pouvoir explosif de la nitroglycérine provient de la détonation : l'énergie de la décomposition initiale provoque une forte onde de pression qui fait exploser le carburant environnant. Il s'agit d'une onde de choc auto-entretenue qui se propage à travers le milieu explosif à 30 fois la vitesse du son sous la forme d'une décomposition quasi instantanée du carburant induite par la pression en un gaz chauffé à blanc. La détonation de la nitroglycérine génère des gaz qui occuperaient plus de 1 200 fois le volume d'origine à température et pression ambiantes ordinaires. La chaleur dégagée élève la température à environ 5 000 °C (9 000 °F). Ceci est totalement différent de la déflagration , qui dépend uniquement du carburant disponible indépendamment de la pression ou du choc. La décomposition entraîne un rapport beaucoup plus élevé d'énergie aux moles de gaz libérées par rapport à d'autres explosifs, ce qui en fait l'un des explosifs détonants les plus chauds .

Fabrication

La nitroglycérine peut être produite par nitration catalysée par un acide du glycérol (glycérine).

Synthèse de la nitroglycérine :

Le procédé de fabrication industrielle réagit souvent glycérol avec près de mélange 1: 1 de concentré d' acide sulfurique et on concentre l' acide nitrique . Ceci peut être produit par mélange blanc acide nitrique fumant -a pur assez cher l' acide nitrique , dans lequel les oxydes d'azote ont été éliminés, par opposition à l' acide nitrique fumant rouge , qui contient des oxydes d'azote -et concentrée d' acide sulfurique . Le plus souvent, ce mélange est obtenu par la méthode moins coûteuse de mélange d'acide sulfurique fumant , également connu sous le nom d' oléum - acide sulfurique contenant un excès de trioxyde de soufre - et d' acide nitrique azéotropique (constitué d'environ 70% d' acide nitrique , le reste étant de l'eau).

L' acide sulfurique produit des protoné acide nitrique espèces, qui sont attaqués par le glycérol de nucléophiles oxygène atomes. Le nitro groupe est donc ajouté sous forme d' un ester C-O-NO 2 et de l' eau est produite. Ceci est différent d'une réaction de substitution aromatique électrophile dans laquelle les ions nitronium sont les électrophiles .

L'ajout de glycérol entraîne une réaction exothermique (c'est-à-dire qu'il y a production de chaleur), comme d'habitude pour les nitrations d'acides mixtes. Si le mélange devient trop chaud, il en résulte un emballement de la réaction, un état de nitration accélérée accompagné de l' oxydation destructive des matières organiques par l'acide nitrique chaud et la libération de dioxyde d'azote gazeux toxique à haut risque d'explosion. Ainsi, le mélange de glycérine est ajouté lentement au récipient de réaction contenant l'acide mélangé (pas d'acide à glycérine). Le nitrateur est refroidi avec de l'eau froide ou un autre mélange de liquide de refroidissement et maintenu tout au long de l' ajout de glycérine à environ 22 °C (72 °F), bien au-dessous duquel l'estérification se produit trop lentement pour être utile. Le récipient du nitrateur, souvent construit en fer ou en plomb et généralement agité avec de l'air comprimé , a une trappe de secours à sa base, qui surplombe une grande piscine d'eau très froide et dans laquelle tout le mélange réactionnel (appelé la charge) peut être déversé pour éviter une explosion, un processus appelé noyade. Si la température de la charge dépasse environ 30 °C (86 °F) (valeur réelle variant selon les pays) ou si des fumées brunes sont observées dans l'évent du nitrateur, celui-ci est immédiatement noyé.

Utilisation comme explosif et propulseur

La principale utilisation de la nitroglycérine, en tonnage, est dans les explosifs comme la dynamite et dans les propulseurs.

La nitroglycérine est un liquide huileux qui peut exploser lorsqu'il est soumis à la chaleur, aux chocs ou aux flammes.

Alfred Nobel a développé l'utilisation de la nitroglycérine comme explosif de dynamitage en mélangeant la nitroglycérine avec des absorbants inertes , en particulier « Kieselguhr », ou terre de diatomées . Il baptisa cette dynamite explosive et la breveta en 1867. Elle était livrée prête à l'emploi sous forme de bâtons, emballés individuellement dans du papier imperméable graissé. La dynamite et des explosifs similaires ont été largement adoptés pour les tâches de génie civil , telles que le forage de tunnels routiers et ferroviaires , pour l' exploitation minière , pour le défrichage des terres agricoles, dans les carrières et dans les travaux de démolition . De même, les ingénieurs militaires ont utilisé de la dynamite pour des travaux de construction et de démolition.

La nitroglycérine était également utilisée comme ingrédient dans les propulseurs militaires destinés aux armes à feu .

La nitroglycérine a été utilisée en conjonction avec la fracturation hydraulique , un procédé utilisé pour récupérer le pétrole et le gaz des formations de schiste . La technique consiste à déplacer et à faire exploser la nitroglycérine dans des systèmes de fractures naturelles ou induites hydrauliquement, ou à déplacer et à faire exploser la nitroglycérine dans des fractures d'origine hydraulique, suivis de tirs de puits de forage utilisant du TNT granulé .

La nitroglycérine a un avantage par rapport à d'autres explosifs puissants en ce qu'elle ne produit pratiquement aucune fumée visible lors de la détonation. Par conséquent, il est utile comme ingrédient dans la formulation de divers types de poudre sans fumée .

Sa sensibilité a limité l'utilité de la nitroglycérine comme explosif militaire, et des explosifs moins sensibles tels que le TNT , le RDX et le HMX l' ont largement remplacé dans les munitions. Il reste important dans le génie militaire, et les ingénieurs de combat utilisent encore de la dynamite.

Alfred Nobel a ensuite développé ballistite , en combinant nitroglycérine et fulmicoton . Il l'a brevetée en 1887. La balistite a été adoptée par un certain nombre de gouvernements européens, comme propulseur militaire. L'Italie a été la première à l'adopter. Le gouvernement britannique et les gouvernements du Commonwealth ont adopté la cordite à la place, qui avait été développée par Sir Frederick Abel et Sir James Dewar du Royaume-Uni en 1889. La Cordite Mk I originale se composait de 58% de nitroglycérine, 37% de coton gun et 5,0% de vaseline. . La balistite et la cordite étaient toutes deux fabriquées sous forme de "cordes".

Les poudres sans fumée ont été développées à l'origine en utilisant la nitrocellulose comme seul ingrédient explosif. Par conséquent, ils étaient connus sous le nom de propulseurs à base unique. Une gamme de poudres sans fumée contenant à la fois de la nitrocellulose et de la nitroglycérine, appelées propulseurs à double base, a également été développée. Les poudres sans fumée étaient à l'origine fournies uniquement pour un usage militaire, mais elles ont également été rapidement développées pour un usage civil et ont été rapidement adoptées pour le sport. Certains sont connus sous le nom de poudres sportives. Les propulseurs à triple base contiennent de la nitrocellulose, de la nitroglycérine et de la nitroguanidine , mais sont principalement réservés aux munitions de très gros calibre telles que celles utilisées dans les canons de char et l'artillerie navale . La gélatine de sablage, également connue sous le nom de gélinite , a été inventée par Nobel en 1875, en utilisant de la nitroglycérine, de la pâte de bois et du nitrate de sodium ou de potassium . Il s'agissait d'un explosif flexible, peu coûteux et précoce.

Usage médical

La nitroglycérine appartient à un groupe de médicaments appelés nitrates, qui comprend de nombreux autres nitrates comme le dinitrate d'isosorbide (Isordil) et le mononitrate d'isosorbide (Imdur, Ismo, Monoket). Ces agents exercent tous leur effet en étant convertis en oxyde nitrique dans le corps par l' aldéhyde déshydrogénase mitochondriale ( ALDH2 ), et l'oxyde nitrique est un puissant vasodilatateur naturel.

Nitro - bangy stuff
Nitroglycérine sous trois formes différentes : intraveineuse, spray sublingual et patch de nitroglycérine.

En médecine , la nitroglycérine est probablement le plus souvent prescrite pour l' angine de poitrine , un symptôme douloureux d' une cardiopathie ischémique causée par un flux insuffisant de sang et d'oxygène vers le cœur et en tant qu'agent antihypertenseur puissant. La nitroglycérine corrige le déséquilibre entre le flux d'oxygène et de sang vers le cœur et la demande énergétique du cœur. Il existe de nombreuses formulations sur le marché à différentes doses. A faible dose, la nitroglycérine dilate plus les veines que les artères, réduisant ainsi la précharge (volume de sang dans le cœur après remplissage) ; on pense que c'est son principal mécanisme d'action. En diminuant la précharge, le cœur a moins de sang à pomper, ce qui diminue les besoins en oxygène puisque le cœur n'a pas à travailler aussi fort. De plus, une précharge plus petite réduit la pression transmurale ventriculaire (pression exercée sur les parois du cœur), ce qui diminue la compression des artères cardiaques pour permettre à plus de sang de circuler dans le cœur. À des doses plus élevées, il dilate également les artères, réduisant ainsi la postcharge (diminution de la pression contre laquelle le cœur doit pomper). Un rapport amélioré entre la demande en oxygène du myocarde et l'apport en oxygène entraîne les effets thérapeutiques suivants pendant les épisodes d'angine de poitrine : diminution de la douleur thoracique, diminution de la pression artérielle , augmentation de la fréquence cardiaque et hypotension orthostatique . Les patients souffrant d'angine de poitrine lors de certaines activités physiques peuvent souvent prévenir les symptômes en prenant de la nitroglycérine 5 à 10 minutes avant l'activité. Les surdosages peuvent générer une méthémoglobinémie .

La nitroglycérine est disponible sous forme de comprimés, de pommade, de solution pour usage intraveineux , de timbres transdermiques ou de sprays administrés par voie sublinguale . Certaines formes de nitroglycérine durent beaucoup plus longtemps dans le corps que d'autres. La nitroglycérine ainsi que le début et la durée d'action de chaque forme sont différents. Le spray sublingual ou comprimé de nitroglycérine a un délai d'action de deux minutes et une durée d'action de vingt-cinq minutes. La formulation orale de nitroglycérine a un délai d'action de trente-cinq minutes et une durée d'action de 4 à 8 heures. Le timbre transdermique a un délai d'action de trente minutes et une durée d'action de dix à douze heures. Il a été démontré qu'une exposition continue aux nitrates provoque l'arrêt de la réponse normale de l'organisme à ce médicament. Les experts recommandent de retirer les patchs la nuit, laissant au corps quelques heures pour retrouver sa réactivité aux nitrates. Les préparations à action plus courte de nitroglycérine peuvent être utilisées plusieurs fois par jour avec moins de risque de développer une tolérance. La nitroglycérine a été utilisée pour la première fois par William Murrell pour traiter les crises d'angine de poitrine en 1878, avec la découverte publiée la même année.

Exposition industrielle

Une exposition peu fréquente à de fortes doses de nitroglycérine peut provoquer de graves maux de tête appelés « tête NG » ou « tête bang ». Ces maux de tête peuvent être suffisamment graves pour invalider certaines personnes ; cependant, les humains développent une tolérance et une dépendance à la nitroglycérine après une exposition à long terme. Bien que rare, le sevrage peut être fatal. Les symptômes de sevrage comprennent des douleurs thoraciques et d'autres problèmes cardiaques. Ces symptômes peuvent être soulagés par une nouvelle exposition à la nitroglycérine ou à d'autres nitrates organiques appropriés.

Pour les travailleurs des usines de fabrication de nitroglycérine (NTG), les effets du sevrage incluent parfois des « crises cardiaques du dimanche » chez ceux qui subissent une exposition régulière à la nitroglycérine sur le lieu de travail, entraînant le développement d'une tolérance aux effets veinodilatateurs. Au cours du week-end, les travailleurs perdent la tolérance, et lorsqu'ils sont réexposés le lundi, la vasodilatation drastique produit un rythme cardiaque rapide , des étourdissements et un mal de tête. C'est ce qu'on appelle la « maladie du lundi ».

Les personnes peuvent être exposées à la nitroglycérine sur le lieu de travail en l'inhalant, en l'absorbant par la peau, en l'avalant ou en la contactant avec les yeux. La Occupational Safety and Health Administration a fixé la limite légale (limite d' exposition admissible ) pour l'exposition à la nitroglycérine sur le lieu de travail à 0,2 ppm (2 mg/m 3 ) d'exposition cutanée sur une journée de travail de 8 heures. L' Institut national pour la sécurité et la santé au travail a fixé une limite d'exposition recommandée de 0,1 mg/m 3 d' exposition cutanée sur une journée de travail de 8 heures. A des niveaux de 75 mg/m 3 , la nitroglycérine est immédiatement dangereuse pour la vie et la santé .

Voir également

Les références

Liens externes