Distickstoffpentoxid (N2O5) (10102-03-1) Physikalische und chemische Eigenschaften
Distickstoffpentoxid (N2O5)
Ein anorganisches Stickstoffoxid, das als wirkstarkes nitratisierendes und oxidierendes Reagenz in der Spezialchemiesynthese verwendet wird; Beschaffung und Handhabung erfordern feuchtigkeitsfreie Lagerung und Prozesskontrollen.
| CAS-Nummer | 10102-03-1 |
| Familie | Stickstoffoxide |
| Typische Form | Farbloser kristalliner Feststoff |
| Übliche Qualitäten | EP |
Distickstoffpentoxid ist ein anorganisches Stickstoffoxid, das zur Stoffklasse der Stickstoffoxyanionen/-anhydride gehört und allgemein als Anhydrid der Salpetersäure beschrieben wird. Strukturell lässt es sich durch die Summenformel \(\ce{N2O5}\) darstellen; die Bindungsbeschreibungen variieren je nach Phase und Umgebung, von einer kovalenten \(\ce{O2N–O–NO2}\)-Verknüpfung bis hin zu einer Ionenpaarbeschreibung aus Nitronium- und Nitrationeneinheiten. Das Molekül ist stark oxidiert (formale Oxidationszahl des Stickstoffs durchschnittlich +5) und weist einen hohen Sauerstoffgehalt pro Stickstoff auf, wodurch es in chemischen Reaktionen eine starke elektrophile und oxidierende Wirkung zeigt.
Elektronisch zeigt die Spezies polarisierte N–O-Bindungen und eine hohe topologische polare Oberflächenfläche (TPSA = 101), was mit keiner Anzahl Wasserstoffdonoren (0) und mehreren Sauerstoff-Lone-Pair-Akzeptorstellen übereinstimmt. Es ist im Wesentlichen nicht basisch und wirkt als Säureanhydrid: Hydrolyse führt zur Bildung starker Säuren, und in nichtwässrigen Medien kann es das Nitronium-Elektrophil generieren. Das physikochemische Verhalten wird dominiert durch Hydrolyseneigung, oxidative Reaktivität mit organischen Substraten sowie thermische Labilität nahe seines Phasenübergangs von fest zu flüssig.
Übliche im Handel berichtete Qualitäten für diesen Stoff umfassen: EP.
Grundlegende physikalische Eigenschaften
Dichte
Ein experimentell ermittelter Wert für diese Eigenschaft liegt im aktuellen Datenkontext nicht vor.
Schmelz- bzw. Zersetzungspunkt
Experimentelle Beschreibungen berichten von einem farblosen Feststoff mit einem Schmelzpunkt von \(30\,^\circ\mathrm{C}\). Der Stoff ist thermisch labil um den Fest-Flüssig-Übergang und sollte aufgrund erhöhter Reaktivität sowie Neigung zu Hydrolyse oder Zersetzung in der Nähe und oberhalb dieser Temperatur mit Vorsicht behandelt werden.
Wasserlöslichkeit
Distickstoffpentoxid verhält sich nicht als einfacher, inerts Lösungsmittel löslicher Stoff in Wasser; es hydrolysiert zu Salpetersäure. Kontakt mit Wasser führt daher zu einer chemischen Umwandlung anstelle einer einfachen Lösung, begleitet von Wärmeentwicklung in konzentrierten Systemen und schneller Bildung saurer Lösungen mit \(\ce{HNO3}\). Praktisch sollte der Umgang mit wässrigen Medien vermieden werden; bei Feuchtigkeitseinwirkung ist die resultierende Lösung stark sauer und korrosiv.
Lösungs-pH (qualitatives Verhalten)
Die durch Hydrolyse entstehenden Lösungen sind stark sauer, da \(\ce{N2O5}\) das Anhydrid der Salpetersäure ist. Ein experimentell festgelegter numerischer pH-Wert liegt im aktuellen Datenkontext nicht vor, jedoch ist bei Hydrolyseprodukten mit niedrigem pH-Wert (sauer) zu rechnen.
Chemische Eigenschaften
Säure-Base-Verhalten
\(\ce{N2O5}\) fungiert als Anhydrid der Salpetersäure (\(\ce{HNO3}\)). Die Reaktion mit Wasser ergibt Salpetersäure; konzeptionell: \[ \ce{N2O5 + H2O -> 2 HNO3} \] In nichtwässrigen oder stark entwässernden Medien kann \(\ce{N2O5}\) als nitratisierendes Reagenz wirken, indem es das Nitronium-Elektrophil \(\ce{NO2+}\) erzeugt, das die elektrophile Nitrierung aktivierter und einiger deaktivierter aromatischer Substrate ermöglicht.
Reaktivität und Stabilität
Die Verbindung ist ein starkes oxidierendes/nitratisierendes Mittel und reagiert chemisch mit organischen Substraten, Reduktionsmitteln und Feuchtigkeit. Sie ist thermisch und hydrolytisch instabil im Vergleich zu niedrigeren Stickstoffoxiden und zur Salpetersäure; erhöhte Temperaturen und Wasserkontakt verstärken ihre Reaktivität erheblich. Lösungen in nichtwässrigen Lösungsmitteln (z. B. chlorierten Lösungsmitteln) werden verwendet, um die Reaktivität für Nitrieranwendungen zu mäßigen, jedoch erfordert die Handhabung eine strikte Kontrolle von Feuchtigkeit und organischen Verunreinigungen, um unkontrollierte Reaktionen zu vermeiden. Im aktuellen Datenkontext sind keine detaillierten quantitativen Zersetzungskinetiken verfügbar.
Molekulare und ionische Parameter
Formel und Molekulargewicht
- Molekülformel: \(\ce{N2O5}\)
- Molekulargewicht: 108,01 \(\mathrm{g}\,\mathrm{mol}^{-1}\)
- Exakte/monoisotopische Masse: 107,98072110
Zusätzliche berechnete Deskriptoren: XLogP3 = 0,7; topologische polare Oberflächenfläche (TPSA) = 101; Anzahl der Wasserstoffbrückendonoren = 0; Anzahl der Wasserstoffbrückenakzeptoren = 5; Anzahl der freien Drehbindungen = 0.
Bestandteile Ionen
Festkörper- und Resonanzbeschreibungen erlauben eine ionische Interpretation, in der Nitronium- und Nitrationeneinheiten vorhanden sind (formal \(\ce{NO2+}\) und \(\ce{NO3-}\)). In Lösung und unter Reaktionsbedingungen wird das aktive Elektrophil für die Nitrierung oft als \(\ce{NO2+}\) beschrieben. Die neutrale, kovalent verknüpfte Darstellung \(\ce{O2N–O–NO2}\) wird ebenfalls für die molekulare Konnektivität in manchen Phasen verwendet.
Identifikatoren und Synonyme
Registrierungsnummern und Codes
- CAS-Nummer: 10102-03-1
- EC-Nummer: 233-264-2
- UNII: 6XB659ZX2W
- ChEBI ID: CHEBI:29802
- DSSTox Substanz-ID: DTXSID90143672
- InChI:
InChI=1S/N2O5/c3-1(4)7-2(5)6 - InChIKey:
ZWWCURLKEXEFQT-UHFFFAOYSA-N - SMILES:
[N+](=O)([O-])O[N+](=O)[O-]
Synonyme und gebräuchliche Namen
- Distickstoffpentaoxid
- Distickstoffpentoxid
- Stickstoffpentoxid
- Salpetersäureanhydrid
- Nitronitrat
- Stickstoffoxid (N2O5)
- Distickstoffpentoxid (Deutsch)
- Salpetersaeureanhydrid (Deutsch)
(Es existieren mehrere weitere depositorseitige Synonyme und Cross-References; die obige Liste enthält die Hauptnamen und beschreibende Synonyme.)
Industrielle und kommerzielle Anwendungen
Funktionale Rollen und Einsatzbereiche
Distickstoffpentoxid wird als oxidierendes nitratisierendes Reagenz in der organischen Synthese verwendet. Seine hauptsächliche technische Rolle besteht darin, eine elektrophile Nitrierfähigkeit in nichtwässrigen Medien bereitzustellen, bei denen die Erzeugung und Kontrolle des Nitronium-Spezies erforderlich ist. Aufgrund seiner starken oxidierenden und hydrolyseneigenschaft ist die Anwendung überwiegend auf kontrollierte Labor- und Industrieprozesse unter geeigneten trockenen, inerten Bedingungen beschränkt.
Typische Anwendungsbeispiele
Eine dokumentierte Anwendung ist die Verwendung in Chloroformlösung als Nitriermittel für aromatische Substrate. Typische Anwendungskontexte sind Nitrierungsschritte in der Spezialchemiesynthese und forschungsmaßstabsbezogene elektrophile Nitrierungen, bei denen andere Nitriersysteme ungeeignet sind oder ein Reagenz gewünscht wird, das unter wasserfreien Bedingungen direkt \(\ce{NO2+}\) generiert.
Sicherheits- und Handhabungsübersicht
Gesundheits- und Umweltgefahren
Stickstoffoxide, einschließlich Distickstoffpentoxid, sind Atemwegsreizstoffe und können bei Inhalation toxisch sein. Berichtsweise akute Effekte im Zusammenhang mit verwandten Stickstoffoxiden umfassen Reizung der oberen Atemwege, Husten, Konjunktivitis, Dyspnoe, Kopfschmerzen und die Möglichkeit eines verzögerten Lungenödems. Überlebende eines schweren Lungenödems können chronische Atemwegskomplikationen entwickeln. Bei Kontakt mit Feuchtigkeit (einschließlich Körperfeuchtigkeit) reagiert Distickstoffpentoxid zu Salpetersäure, welche korrosiv ist. Spezifische toxikologische Informationen zu \(\ce{N2O5}\) sind begrenzt, jedoch wurden bei Exposition gegenüber Stickstoffoxiden berichtete unerwünschte Wirkungen wie Methämoglobinämie, toxische Pneumonitis, chronische Bronchitis und fibrogene Lungenschädigungen festgestellt.
Lagerungs- und Handhabungshinweise
Unter strikt wasserfreien Bedingungen in einem gut belüfteten Abzug oder geeigneter Einschließung handhaben. Kühl, trocken und in dicht verschlossenen Behältern lagern, fern von Wasser, starken Reduktionsmitteln, organischen Stoffen und Basen. Von brennbaren Materialien und inkompatiblen Substanzen trennen. Geeignete persönliche Schutzausrüstung verwenden (chemikalienresistente Handschuhe, Augen-/Gesichtsschutz sowie Atemschutz, sofern eine Inhalationsexposition nicht kontrolliert werden kann). Bei Exposition oder Verschütten sollte großflächiger Kontakt mit Wasser vermieden werden, da dies korrosive saure Lösungen erzeugen kann; Neutralisation und Reinigung sind von geschultem Personal unter Anwendung geeigneter Verfahren für oxidierende Säuren durchzuführen. Für detaillierte Gefahren-, Transport- und Vorschrifteninformationen wird auf das produktspezifische Sicherheitsdatenblatt (SDS) und die jeweils geltenden lokalen Vorschriften verwiesen.
