Pentaerythrityltetranitrat (78-11-5) Physikalische und chemische Eigenschaften
Pentaerythrityltetranitrat
Ein Tetra-Nitratester des Pentaerythrityls, geliefert als kristalliner, energiereicher Stoff mit historischer pharmazeutischer Verwendung als nitrathaltiger Vasodilatator; Beschaffung und Handhabung erfordern strenge Spezifikationskontrolle aufgrund hoher Empfindlichkeit.
| CAS-Nummer | 78-11-5 |
| Familie | Nitratester |
| Typische Form | Pulver oder kristalliner Feststoff |
| Übliche Qualitäten | BP, EP, USP |
Pentaerythrityltetranitrat (PETN) ist ein Tetra-Nitratester, der aus dem tetrahydroxylischen Alkohol Pentaerythrityl abgeleitet ist. Strukturell handelt es sich um einen vollständig nitratierten Polyolester mit der Summenformel \(\ce{C5H8N4O12}\). Das Molekül enthält vier Nitratester-Gruppen, die an ein zentrales quartäres Kohlenstoffgerüst gebunden sind; dieser hohe Nitratierungsgrad erzeugt eine formal neutrale, aber stark oxidierte Molekülstruktur mit großer polarer Oberfläche sowie mehreren stark elektronenziehenden Substituenten, welche sein chemisches und energetisches Verhalten bestimmen.
Elektronisch und physikochemisch kombiniert PETN einen hohen Sauerstoffgehalt mit geringer Wasserstoffbrücken-Donor-Kapazität (keine OH-Donoren nach Veresterung) und einer großen topologischen polaren Oberflächenfläche (TPSA = 220). Diese Eigenschaften führen zu einer begrenzten Wasserlöslichkeit und einem niedrigen Dampfdruck, während die moderaten berechneten/experimentellen Verteilungskoeffizienten eine ausreichende Lipophilie für die Absorption nach oraler Verabreichung in pharmazeutischen Präparaten anzeigen. Chemisch macht die Nitratestergruppe die Substanz anfällig für Denitrierung sowie homolytische/heterolytische Zersetzung unter thermischer, mechanischer oder katalytischer Aktivierung; diese Mechanismen begründen sowohl ihre Verwendung als Vasodilatator (Bioaktivierung zur Freisetzung von \(\ce{NO}\)) als auch ihre primäre Identität als stark oxidierender Sprengstoff.
Als Substanz findet PETN in zwei wesentlichen Anwendungsbereichen Verwendung: energetische Materialien (Zünder, primäre Komponenten in plastifizierten Sprengstoffformulierungen und Detonationsschnüre) und medizinische Nitrovasodilatatoren (orale Retardformen zur Anginaprophylaxe). Die Doppelnatur der Verwendung erfordert strenge Kontrolle in Herstellung, Handhabung und Transport. Übliche kommerzielle Qualitäten für diesen Stoff umfassen: BP, EP, USP.
Grundlegende physikochemische Eigenschaften
Dichte und Feststoffform
Berichtete kristalline und größere Dichten für PETN sind: \(\mathrm{1.773}\ \mathrm{g}\,\mathrm{cm}^{-3}\) bei 20 °C/4 °C; und \(\mathrm{1.77}\ \mathrm{g}\,\mathrm{cm}^{-3}\). Physikalische Beschreibungen erwähnen übereinstimmend einen farblosen bis weißen kristallinen Feststoff, oft als tetragonal holoedrisch/tetragonale Prismen beschrieben, wenn aus Aceton-Alkohol-Gemischen kristallisiert. Mehrere unabhängige kristallographische Untersuchungen identifizieren eine tetragonale Elementarzelle (Raumgruppe P -4 21 c, Raumgruppennummer 114) mit experimentell ermittelten Gitterparametern (Beispiele: a = 9.2759 Å, c = 6.6127 Å; alternativ berichtete Werte a = 9.38 Å, c = 6.70 Å, Z = 2).
Die hohe Kristalldichtheit stimmt mit der hohen Sprengkraft von PETN überein und zeigt ein relativ geringes freies Volumen im Feststoff, was zu seiner Empfindlichkeit sowie den Detonationscharakteristika beiträgt.
Schmelzpunkt
Mehrere experimentelle Schmelzpunkte und Schmelzbereiche sind berichtet: - 138–140 °C (berichteter Bereich) - 140 °C (Einzelwert) - 140,5 °C - 138 °C
Diese Werte entsprechen dem engen Schmelzverhalten, das typisch für reine kristalline organische Nitratester ist. PETN wird berichtet, bei starker Erhitzung zu detonieren statt zu sieden; der Zersetzungs-/Detonationsbeginn liegt im Bereich von 205–215 °C, etwa bei 210 °C.
Löslichkeit und Auflösungsverhalten
Die Löslichkeitsdaten sind heterogen und umfassen qualitative Lösemittelbeschreibungen sowie einige numerische Werte: - „weniger als 1 mg/mL bei 72 °F“ - „0,133“ (numerischer Wert ohne explizite Einheit in der Quelle) - „Löslich in Aceton; sehr gut löslich in Aceton“ - „Kaum löslich in Alkohol, Ether“ - „Löslich in Benzol, Pyren; löslich in Toluol; leicht löslich in Methanol“ - „Löslichkeit in Wasser: keine“ (berichtet)
Diese Angaben zusammengenommen zeigen vernachlässigbare Wasserlöslichkeit unter Umgebungsbedingungen, ausgezeichnete Löslichkeit in polar-aprotischen organischen Lösungsmitteln wie Aceton und messbare, aber geringe Löslichkeit in vielen unpolaren organischen Lösungsmitteln. Praktisch verwenden pharmazeutische Formulierungen Verdünnung oder Dispersion (z.B. mit Lactose), während energetische Formulierungen als Pulver, Suspensionen oder desensibilisierte Gemische gehandhabt werden, um die Empfindlichkeit zu kontrollieren.
Chemische Eigenschaften
Acid-Base-Verhalten und qualitative pKa
Ein experimentell ermittelter Wert für diese Eigenschaft liegt im aktuellen Datenkontext nicht vor.
Als vollständig veresterter Nitratester verfügt PETN über keine ionisierbaren Hydroxylprotonen und ist unter typischen Umwelt- und physiologischen pH-Bedingungen praktisch neutral. Die Nitratestergruppen sind keine Brønsted-Säuren im üblichen Sinne; hydrolytische oder reduktive Spaltung führt zu denitrierten Produkten (Mono-, Di-, Tri-Nitrate und Pentaerythrityl) anstatt einfacher Protonenfreisetzung. Die formale Molekül-Ladung beträgt 0.
Reaktivität und Stabilität
PETN ist ein hochexplosiver und stark oxidierender organischer Nitratester. Wichtige, experimentell berichtete Stabilitäts- und Reaktivitätsmerkmale umfassen: - „Ein äußerst gefährlicher Sprengstoff, besonders im trockenen Zustand. Besonders empfindlich gegenüber Schlag und Hitze. Hauptgefahr ist die Explosion mit sofortiger Detonation.“ - Detoniert bei etwa 210 °C; „Explodiert bei 205–215 °C.“ - „Selbstentzündungstemperatur“ wird mit 160 °C angegeben (hohe Zersetzungs- und Zündempfindlichkeit). - Bei Zersetzung werden hochgiftige Stickstoffoxide (NOx) freigesetzt; Denitrierung setzt \(\ce{NO}\)-Spezies frei. - PETN wird als empfindlicher für Initiierung (Schlag, Schlagwirkung, Primärsprengstoffe) als einige konventionelle Sprengstoffe (z.B. TNT) beschrieben und seine Sprengkraft übertrifft die von TNT in Standardvergleichen.
Lagerungs- und Langzeitstabilitätshinweise: - PETN kann unter kontrollierten, desensibilisierten Bedingungen längere Zeit gelagert werden, aber „Wirkverlust wird durch Hitze- und Feuchtigkeitseinwirkung beschleunigt.“ - Das Vorhandensein von Spuren Säure oder Base (ab 0,01 %) beschleunigt die Zersetzung deutlich. - Desensibilisierung durch Benetzung (z.B. „benetzt mit ≥ 25 % Wasser“) oder Zugabe von Phlegmatisiermitteln/Wachs reduziert die Empfindlichkeit für Handhabung und Transport erheblich.
Reaktivitätshinweise: Kontakt mit reduzierenden Stoffen, starken Säuren oder Basen, organischen Aminen, Hydriden, Sulfiden und Nitriden vermeiden; von inkompatiblen Stoffen und starken Oxidationsmitteln trennen, die heftige Reaktionen oder Detonationen auslösen können.
Molekulare Parameter
Molekulargewicht und Formel
- Molekularformel: \(\ce{C5H8N4O12}\)
- Molekulargewicht: 316,14
- Exact mass / Monoisotopisches Masse: 316.01387170
Diese Werte entsprechen dem vollständig nitratierten Pentaerythrityl-Grundgerüst und sind konsistent mit vier Nitratestergruppen, die an das C5-Rückgrat gebunden sind.
LogP und Strukturmerkmale
- Berechneter XLogP3-AA: 1.4 (berechneter Deskriptor)
- Experimentell/sonstige berichtete LogP-Werte: 1.6
Zusätzliche Strukturbeschreiber: - TPSA: 220 - Anzahl der Wasserstoffbrücken-Donoren: 0 - Anzahl der Wasserstoffbrücken-Akzeptoren: 12 - Anzahl der rotierbaren Bindungen: 8 - Formale Ladung: 0 - Komplexität: 311
Interpretation: PETN ist ein hoch oxygeniertes Molekül mit einer sehr großen polaren Oberfläche aufgrund mehrerer Nitratester-Sauerstoffatome (hohe Anzahl an Wasserstoffbrücken-Akzeptoren), besitzt jedoch keine Wasserstoffbrücken-Donoren. Die Kombination aus moderatem logP und hohem TPSA erklärt seine sehr geringe Wasserlöslichkeit, jedoch die Fähigkeit zur Membranpartitionierung und oralen Bioverfügbarkeit in pharmazeutischen Darreichungsformen. Die Nitratesterfunktionalität ist der hauptsächliche Ort der Bioaktivierung (Denitrierung zur Freisetzung von \(\ce{NO}\)) und für die energetische Zersetzung.
Strukturelle Identifikatoren (SMILES, InChI)
- SMILES:
C(C(CO[N+](=O)[O-])(CO[N+](=O)[O-])CO[N+](=O)[O-])O[N+](=O)[O-] - InChI:
InChI=1S/C5H8N4O12/c10-6(11)18-1-5(2-19-7(12)13,3-20-8(14)15)4-21-9(16)17/h1-4H2 - InChIKey:
TZRXHJWUDPFEEY-UHFFFAOYSA-N
(Die Identifikatoren sind wie bereitgestellt; SMILES- und InChI-Strings eignen sich für Cheminformatik-Suchen und Strukturrekonstruktion.)
Identifikatoren und Synonyme
Registernummern und Codes
- CAS-Nummer: 78-11-5
- EC-Nummern (Beispiele): 201-084-3; 933-854-6; 942-390-3
- UN/NA-Versandkennzeichnungen für verschiedene Bedingungen (Beispiele): UN0411; UN0150; UN3344
- Weitere Registerkennungen aus der Ursprungsliteratur: UNII
10L39TRG1Z, ChEBICHEBI:25879, ChEMBLCHEMBL466659, DrugBankDB06154
Synonyme und generische Bezeichnungen
Gängige Synonyme und systematische Namen für diese Verbindung umfassen (Auswahl, wie berichtet): PETN; Penthrite; Nitropenta; Peritrate; Pentaerithrityl tetranitrate; Pentaerythritol tetranitrate; Penthrit; Nitropentaerythritol; Tetranitrat, Pentaerythritol; 3-(nitrooxy)-2,2-bis[(nitrooxy)methyl]propylnitrat; [3-Nitrooxy-2,2-bis(nitrooxymethyl)propyl]nitrat. (Es existieren zahlreiche weitere Synonyme und Handels-/Formulierungsnamen im industriellen sowie arzneibuchlichen Kontext.)
Industrielle und pharmazeutische Anwendungen
Rolle als Wirkstoff oder Zwischenprodukt
PETN fungiert sowohl als pharmazeutischer Wirkstoff (langwirksamer Nitrovasodilatator) als auch als Sprengstoff. In der kardiovaskulären Therapie wurde es in oralen und retardierten Darreichungsformen zur Prophylaxe der Angina pectoris eingesetzt; seine pharmakologische Wirkung erfolgt über Denitrierung und Freisetzung von \(\ce{NO}\), Aktivierung der löslichen Guanylatcyclase und Anstieg von intrazellulärem cGMP in vaskulärer glatter Muskulatur. In energetischen Anwendungen wird PETN als wirkungsvoller hochexplosiver Stoff in Zündern, Zündschnur (Primacord) und als energetische Komponente in plastifizierten Sprengstoffformulierungen verwendet; seine hohe Detonationsgeschwindigkeit und Brisanz machen es hierfür wertvoll.
Formulierungs- und Entwicklungskontexte
Pharmazeutische Darreichungsformen enthalten PETN historisch in niedrig dosierten Tabletten oder Retardkapseln für kardiovaskuläre Indikationen; Formulierungen steuern typischerweise die Partikelgröße und enthalten inert wirkende Füllstoffe (z. B. Laktose), um Handhabungsrisiken zu reduzieren und geeignete Freisetzungsprofile zu erzielen. In der Sprengstoffherstellung wird PETN als kristallines Pulver, Suspensionen oder als desensibilisierte Mischungen (z. B. mit Wasser befeuchtet oder mit Wachs/Weichmacher gemischt) verarbeitet, um die Empfindlichkeit bei Handhabung, Formgebung und Befüllung zu steuern.
Falls eine prägnante Anwendungssummary über das Genannte hinaus gewünscht ist, liegen im aktuellen Datenkontext keine weiteren anwendungsspezifischen Details vor.
Spezifikationen und Qualitäten
Typische Qualitätsstufen (pharmazeutisch, analytisch, technisch)
Typische Qualitätskonzepte für PETN: - Pharmazeutische/USP-Qualität: hergestellt und geprüft auf Reinheit und Eignung für Darreichungsformen; üblicherweise als desensibilisierte Mischungen oder in stabilisierten Formulierungen für medizinische Anwendung geliefert. - Analytische Qualität: hochreines Material für Referenzstandards und analytische Methodenentwicklung. - Technische/Sprengstoffqualität: Materialien, die Spezifikationen für energetische Anwendungen erfüllen; oft desensibilisiert (z. B. befeuchtet oder gemischt) für sicheren Transport.
Im Ausgangsmaterial genannte Handelsqualitäten: BP, EP, USP.
Allgemeine Qualitätsmerkmale (qualitative Beschreibung)
Qualitätsmerkmale von PETN variieren je nach Anwendungsbereich: - Pharmazeutische Qualitäten priorisieren chemische Reinheit, kontrollierten Restsäure-/Basengehalt, konstante Partikelgröße und Stabilität in formulierten Tabletten/Kapseln. - Sprengstoff-/Technische Qualitäten legen Wert auf kontrollierte Kristallmorphologie, Desensibilisierung (Feuchtegehalt, Wachs- oder Weichmacheranteil) und minimale Kontamination durch reaktive Verunreinigungen (Spurensäuren, Laugen oder reduzierende Rückstände), da solche Verunreinigungen Zersetzung beschleunigen oder Empfindlichkeit verändern können. - Analytische/Referenzmaterialien fokussieren zertifizierte Gehaltsbestimmung, bekannte Verunreinigungen und validierte Konzentration für quantitative Methoden.
Spezifische Grenzwerte für Gehalt, Verunreinigungsprofile oder Zertifizierungsaussagen sind im aktuellen Datenkontext nicht verfügbar und müssen produktspezifisch aus Spezifikationen oder Analysezertifikaten entnommen werden.
Sicherheits- und Handhabungsübersicht
Toxikologisches Profil und Expositionsüberlegungen
PETN ist pharmakologisch als Nitrovasodilatator aktiv und toxikologisch über Bildung von Nitriten/Methemoglobinämie bei umfangreicher Exposition oder Überdosierung wirksam. Wesentliche Gefahren und Expositionsaspekte umfassen: - Akute Toxizität: in einigen Einstufungsmitteilungen als toxisch bei oraler Einnahme, Hautkontakt und Inhalation angegeben; Symptome einer Exposition sind Kopfschmerz, Schwindel, Hypotonie, Dyspnoe, Zyanose und in schweren Fällen Krampfanfälle oder Atemlähmung. - Methemoglobinämie: Nitrate/Nitrite können eine Methemoglobinämie auslösen; symptomatische Behandlung umfasst Sauerstoffgabe und intravenöse Gabe von Methylenblau, wenn angezeigt. - Karzinogenität: Langzeit-Tierfütterungsstudien zeigten uneinheitliche Hinweise auf Neoplasien in einigen Nagetier-Studien; differenzierte Evidenzbewertungen variieren in der Quelle. - Zersetzungsprodukte: Erhitzen oder Detonation kann toxische Stickstoffoxide (NOx) freisetzen; Brandereignisse bergen Gefahr hochgiftiger Dämpfe.
Bei akuter Exposition umfassen grundlegende Erste-Hilfe-Maßnahmen in der Quelle beschriebenes Entfernen aus der Exposition, unterstützende Atemtherapie und schnelle medizinische Kontrolle. Antidotische Therapie bei Methemoglobinämie (Methylenblau) ist bei klinisch relevanten Fällen indiziert.
Lagerungs- und Handhabungsrichtlinien
Aufgrund seiner explosiven Eigenschaften betonen Handhabungs- und Lagerungsempfehlungen Desensibilisierung, Trennung und strenge Kontrolle: - Desensibilisierung und Transport: PETN wird routinemäßig in desensibilisierter Form transportiert und gelagert (z. B. befeuchtet mit \(\geq 25\%\) Wasser oder desensibilisiert mit \(\geq 15\%\) Phlegmatisierungsmittel oder gemischt mit \(\geq 7\%\) Wachs), um Empfindlichkeit gegenüber Schlag und Hitze zu reduzieren. - Lagerbedingungen laut Angaben: Lagerung unter 40 °C (bevorzugt 15–30 °C), in feuerfesten Anlagen getrennt von starken Oxidationsmitteln und inkompatiblen Stoffen; Behälter stets gut verschlossen halten und in Bereichen ohne Zugang zu Abflüssen/Kanälen aufbewahren. - Handhabungshinweise: Zündquellen eliminieren, Reibung/Schlag und Metallaufprall vermeiden, Geräte erden zur Verhinderung von statischer Elektrizität, Material während Reinigung oder Auslauf in feucht/desensibilisiertem Zustand belassen und Reinigung/Entsorgung nur durch geschultes Personal durchführen lassen. - Notfallmaßnahmen und Brandbekämpfung: Bei Feuer mit größeren Mengen an PETN-haltiger Ladung nicht eigenständig löschen; isolieren und evakuieren gemäß Vorschriften für Sprengstoffe; wenn sicher möglich, Brand mit Wasser als Lösch-/Kühlmittel überfluten und benachbarte Behälter kühlen.
Für spezifische Gefahrenkommunikation, Transport, Verpackung und regulatorische Anforderungen sind das Produktsicherheitsdatenblatt (SDS) sowie geltende lokale und nationale Gesetzgebungen zu konsultieren. Für Entsorgung und Abfallklassifizierung können Materialien mit PETN besondere Handhabung und Meldepflichten erfordern (Materialien können je nach Zusammensetzung und Reaktivität als reaktive/gefährliche Abfälle eingestuft sein).
