Keto-RDX (keto-heksogen, K6, 1,3,5-trinitro-2-oxo-1,3,5-triazacyclohexan, C3H6N6O7) Jest najmocniejszym materiałem wybuchowym z pośród tzw. materiałów nitromocznikowych.Jest białą krystaliczną substancją o temperaturze topnienia 180-181 °C i gęstości 1,93 g/cm3. Temperatura wyfuknięcia dla K6 wynosi 181 °C, a prędkość detonacji przy wymienionej wcześniej gęstości wynosi V0=8814 m/s.
Ma lekko ujemy bilans tlenowy wynoszący B= 6,78, a jego wrażliwość równa jest 48 cm, przy uderzeniu ciężarem o masie 2 kg (50% wybuchów). Ciśnienie detonacji keto-RDX wynosi p=379,8 kbar (37,98 Mpa), a wydzielona energia równa E=1340 kcal/kg (5614,6 kJ/kg).
Rozkłada się w procesie detonacji wg równania (teoretycznie):
C3H6N6O7 -> CO2 + 2 CO + 3 H2O + 3 N2
Otrzymywanie:
K6 można otrzymywać dwiema metodami, które poniżej opiszę. Jedna z nich opiera się na kondensacji mocznika, formaldehydu i tert-butyloaminy oraz końcowym donitrowaniu do pochodnej trinitrowej, druga natomiast na nitrowaniu mocznika do N,N’-dinitropochodnej oraz kwaśnej hydrolizy urotropiny i następczej kondensacji obydwu produktów do K6.
Metoda 1:
Odczynniki:
- mocznik
- formaldehyd 37%
- tert-butyloamina
- aceton
- kwas azotowy(V) 90%
- bezwodnik octowy
- octan etylu
- woda
- kolba trójszyjna 2 dm3
- termometr
- chłodnica zwrotna
- wkraplacz 1dm3
- mieszadło magnetyczne
- łaźnia olejowa
- łaźnia lodowa
Etap 1: - synteza 1,5-dinitro-2-oxo-3-(tert-butylo)-1,3,5-triazacyclohexanu (TBT)
W kolbie okrągłodennej zaopatrzonej w chłodnicę zwrotną, termometr i wkraplacz zamocowanej na mieszadle magnetycznym
w łaźni olejowej (52±2 ° C), umieszcza się 300 g (5 mol) mocznika i 770 ml (10 mol) roztworu formaldehydu. Rozpoczynamy mieszanie, gdy mieszanina osiągnie wymaganą temperaturę rozpoczynamy dodawanie tert-butyloaminy (530 ml, 5 mol), w czasie 5 min.
Po wkropleniu całej aminy kontynuujemy mieszanie przez 8h. Po tym czasie powinien pojawiać się w mieszaninie reakcyjnej osad. Mieszanie kontynuujemy kolejne 2-3h po czym wychładzamy do temperatury pokojowej i mieszamy jeszcze godzinę.
Odsączamy powstały osad o przemywamy acetonem do całkowitego usunięcia nie przereagowanego mocznika i suszymy na powietrzu. Otrzymujemy 420 g (53% wydajności teoretycznej) produktu o temperaturze topnienia 198 °C.
Etap 2: - nitrowanie 1,5-dinitro-2-oxo-3-(tert-butylo)-1,3,5-triazacyclohexanu (TBT) do 1,3,5-trinitro-2-oxo-1,3,5-triazacyclohexanu (K6)
W kolbie kulistej zaopatrzonej w chłodnicę zwrotną i termometr zamocowanej w łaźni lodowej na mieszadle magnetycznym, umieszczamy 696 ml (14,9 mol) 90% kwasu azotowego i rozpoczynamy mieszanie. Gdy mieszaninę wychłodzimy do temperatury ok. 5 °C powoli, małymi porcjami rozpoczynamy dodawanie wcześniej otrzymanego TBT (106,8 g, 0,68 mol) w czasie 1h, tak aby temperatura nie wzrosła powyżej 10 °C.
Po tym czasie doprowadzamy mieszaninę do temperatury 3 °C i powoli, małymi porcjami rozpoczynamy dodawanie 696 ml (7,36 mol) bezwodnika octowego, w czasie 3h tak aby pod koniec dodawania temperatura wynosiła 10-16 °C (produkt zacznie się wytrącać przed dodaniem całej porcji bezwodnika). Po dodaniu całego bezwodnika utrzymujemy temperaturę 16 °C i kontynuujemy mieszanie przez całą noc.
Po tym czasie całość mieszaniny wylewamy do kolby (5 dm3) zawierającej mieszaninę wody z pokruszonym lodem. Wytrącony osad odsączamy i przemywamy tak długo wodą, aż usuniemy całkowicie pozostałości kwasu i bezwodnika i suszymy. Otrzymujemy surowy keto-RDX, o temperaturze topnienia 177-179 °C.
Oczyszczanie K6 prowadzimy przez krystalizację z octanu etylu, otrzymując produkt o temperaturze topnienia 181-182 °C z całkowitą wydajnością ok. 20%.
W kolbie okrągłodennej zaopatrzonej w chłodnicę zwrotną, termometr i wkraplacz zamocowanej na mieszadle magnetycznym
w łaźni olejowej (52±2 ° C), umieszcza się 300 g (5 mol) mocznika i 770 ml (10 mol) roztworu formaldehydu. Rozpoczynamy mieszanie, gdy mieszanina osiągnie wymaganą temperaturę rozpoczynamy dodawanie tert-butyloaminy (530 ml, 5 mol), w czasie 5 min.Po wkropleniu całej aminy kontynuujemy mieszanie przez 8h. Po tym czasie powinien pojawiać się w mieszaninie reakcyjnej osad. Mieszanie kontynuujemy kolejne 2-3h po czym wychładzamy do temperatury pokojowej i mieszamy jeszcze godzinę.
Odsączamy powstały osad o przemywamy acetonem do całkowitego usunięcia nie przereagowanego mocznika i suszymy na powietrzu. Otrzymujemy 420 g (53% wydajności teoretycznej) produktu o temperaturze topnienia 198 °C.
Etap 2: - nitrowanie 1,5-dinitro-2-oxo-3-(tert-butylo)-1,3,5-triazacyclohexanu (TBT) do 1,3,5-trinitro-2-oxo-1,3,5-triazacyclohexanu (K6)
W kolbie kulistej zaopatrzonej w chłodnicę zwrotną i termometr zamocowanej w łaźni lodowej na mieszadle magnetycznym, umieszczamy 696 ml (14,9 mol) 90% kwasu azotowego i rozpoczynamy mieszanie. Gdy mieszaninę wychłodzimy do temperatury ok. 5 °C powoli, małymi porcjami rozpoczynamy dodawanie wcześniej otrzymanego TBT (106,8 g, 0,68 mol) w czasie 1h, tak aby temperatura nie wzrosła powyżej 10 °C.
Po tym czasie doprowadzamy mieszaninę do temperatury 3 °C i powoli, małymi porcjami rozpoczynamy dodawanie 696 ml (7,36 mol) bezwodnika octowego, w czasie 3h tak aby pod koniec dodawania temperatura wynosiła 10-16 °C (produkt zacznie się wytrącać przed dodaniem całej porcji bezwodnika). Po dodaniu całego bezwodnika utrzymujemy temperaturę 16 °C i kontynuujemy mieszanie przez całą noc.
Po tym czasie całość mieszaniny wylewamy do kolby (5 dm3) zawierającej mieszaninę wody z pokruszonym lodem. Wytrącony osad odsączamy i przemywamy tak długo wodą, aż usuniemy całkowicie pozostałości kwasu i bezwodnika i suszymy. Otrzymujemy surowy keto-RDX, o temperaturze topnienia 177-179 °C.
Oczyszczanie K6 prowadzimy przez krystalizację z octanu etylu, otrzymując produkt o temperaturze topnienia 181-182 °C z całkowitą wydajnością ok. 20%.
Metoda 2:
Odczynniki:
- urotropina (heksamina)
- kwas polifosforowy
- kwas azotowy(V) stęż.
- tlenek fosforu(V)
- kwas siarkowy(VI) stęż.
- mocznik
- octan etylu
- woda
- kolba trójszyjna
- termometr
- chłodnica zwrotna
- wkraplacz
- mieszadło magnetyczne
- łaźnia lodowa
Etap 1: - hydroliza urotropiny
W kolbie kulistej zaopatrzonej w chłodnicę zwrotną i termometr umieszczamy 17,5 ml kwasu polifosforowego, 5 ml kwasu azotowego i 5,9 g tlenku fosforu. Kolbę umieszczamy na mieszadle magnetycznym w łaźni wodno lodowej i wychładzamy mieszaninę do 10 °C. następnie zaczynamy dodawać porcjami urotropinę (7 g) w czasie 10 min. tak aby utrzymywać temperaturę na tym samym poziomie.
Po dodaniu całej urotropiny, kontynuujemy mieszanie w temperaturze 15 °C przez 20 min. Mieszaninę odstawiamy do późniejszego użycia.
Etap 2: - nitrowanie mocznika do N,N’-dinitromocznika
W kolbie kulistej zaopatrzonej w chłodnicę zwrotną, termometr i wkraplacz, zamocowanej na mieszadle magnetycznym w łaźni lodowej umieszczamy 22 ml stęż. kwasu siarkowego(VI) i wychładzamy do temperatury 10 °C. Mieszając dodajemy małymi porcjami 8 g mocznika; temperatura wzrośnie do ok. 25 °C
Po wychłodzeniu całości do ok. 0 °C rozpoczynamy wkraplanie kwasu azotowego (9 ml) w czasie 20 min. Pod koniec dodawania temperatura wzrośnie do ok. 10 °C i w tej temperaturze kontynuujemy mieszanie przez ok. 40-50min.
Po tym czasie dodajemy jeszcze 29 ml kwasu azotowego i 9,8 g tlenku fosforu w temperaturze 20 °C. Mieszaninę odstawiamy do późniejszego użycia.
Etap 3: - kondensacja N,N’-dinitromocznika z produktem hydrolizy urotropiny
W kolbie kulistej zaopatrzonej w chłodnicę zwrotną, termometr i wkraplacz, zamocowanej na mieszadle magnetycznym w łaźni lodowej umieszczamy mieszaninę otrzymaną w etapie 1. i wychładzamy ją do temperatury 10 °C. Następnie cały czas mieszając, z wkraplacza powoli wkraplamy mieszaninę otrzymaną w etapie 2 przez okres 20 min. Po dodaniu całości podnosimy temperaturę do 20 °C i kontynuujemy mieszanie przez 20-30 min.
Po tym czasie mieszaninę wychładzamy i dodajemy do niej pokruszony lód. Wytrącony osad odsączamy i przemywamy wodą, aż do całkowitego usunięcia pozostałości kwasów i suszymy.
Oczyszczanie K6 prowadzimy przez krystalizację z octanu etylu, otrzymując produkt o temperaturze topnienia 181-182 °C z całkowitą wydajnością 42-68% (w zależności od dokładności wykonania).
W kolbie kulistej zaopatrzonej w chłodnicę zwrotną i termometr umieszczamy 17,5 ml kwasu polifosforowego, 5 ml kwasu azotowego i 5,9 g tlenku fosforu. Kolbę umieszczamy na mieszadle magnetycznym w łaźni wodno lodowej i wychładzamy mieszaninę do 10 °C. następnie zaczynamy dodawać porcjami urotropinę (7 g) w czasie 10 min. tak aby utrzymywać temperaturę na tym samym poziomie.
Po dodaniu całej urotropiny, kontynuujemy mieszanie w temperaturze 15 °C przez 20 min. Mieszaninę odstawiamy do późniejszego użycia.
Etap 2: - nitrowanie mocznika do N,N’-dinitromocznika
W kolbie kulistej zaopatrzonej w chłodnicę zwrotną, termometr i wkraplacz, zamocowanej na mieszadle magnetycznym w łaźni lodowej umieszczamy 22 ml stęż. kwasu siarkowego(VI) i wychładzamy do temperatury 10 °C. Mieszając dodajemy małymi porcjami 8 g mocznika; temperatura wzrośnie do ok. 25 °C
Po wychłodzeniu całości do ok. 0 °C rozpoczynamy wkraplanie kwasu azotowego (9 ml) w czasie 20 min. Pod koniec dodawania temperatura wzrośnie do ok. 10 °C i w tej temperaturze kontynuujemy mieszanie przez ok. 40-50min.
Po tym czasie dodajemy jeszcze 29 ml kwasu azotowego i 9,8 g tlenku fosforu w temperaturze 20 °C. Mieszaninę odstawiamy do późniejszego użycia.
Etap 3: - kondensacja N,N’-dinitromocznika z produktem hydrolizy urotropiny
W kolbie kulistej zaopatrzonej w chłodnicę zwrotną, termometr i wkraplacz, zamocowanej na mieszadle magnetycznym w łaźni lodowej umieszczamy mieszaninę otrzymaną w etapie 1. i wychładzamy ją do temperatury 10 °C. Następnie cały czas mieszając, z wkraplacza powoli wkraplamy mieszaninę otrzymaną w etapie 2 przez okres 20 min. Po dodaniu całości podnosimy temperaturę do 20 °C i kontynuujemy mieszanie przez 20-30 min.
Po tym czasie mieszaninę wychładzamy i dodajemy do niej pokruszony lód. Wytrącony osad odsączamy i przemywamy wodą, aż do całkowitego usunięcia pozostałości kwasów i suszymy.
Oczyszczanie K6 prowadzimy przez krystalizację z octanu etylu, otrzymując produkt o temperaturze topnienia 181-182 °C z całkowitą wydajnością 42-68% (w zależności od dokładności wykonania).
Artykuł napisał:
Tchemik
Źródła:
N.Sikder, N.R.Bulakh, A.K.Sikder, D.B.Sarwade; Journal of Hazardous Materials; A96 (2003) 109–119
http://pxd.czechian.net/pxd.php?id=ordx