五酸化二窒素（N2O5）（10102-03-1）物理的および化学的特性
五酸化二窒素（N2O5）
無機の窒素酸化物であり、特殊化学合成における強力な硝化および酸化試薬として用いられる。調達および取扱いには水分を含まない保管およびプロセス管理が必要。
| CAS番号 | 10102-03-1 |
| 分類 | 窒素酸化物類 |
| 形状 | 無色結晶固体 |
| 一般規格 | EP |
五酸化二窒素は、窒素オキシアニオン/無水物のクラスに属する無機窒素酸化物であり、一般的に硝酸の無水物として説明される。構造的には分子式 \(\ce{N2O5}\) で表され、結合構造は相や環境によって異なり、共有結合の \(\ce{O2N–O–NO2}\) 連結から、ニトロニウムイオンと硝酸イオンのイオン対による説明まで存在する。この分子は高い酸化状態（窒素の形式酸化数は平均+5）を示し、窒素あたりの酸素含有量が多いため、化学反応において強い求電子性および酸化性を持つ。
電子的には極性のあるN–O結合を示し、高いトポロジカル極性表面積（TPSA=101）を持つことから、ヒドロゲンボンド供与体数は0であり、多数の酸素孤電子対アクセプター部位を含む。基本的には非塩基性であり、酸無水物として機能する：加水分解により強酸を生成し、非水系媒体ではニトロニウム求電子種を生成し得る。物理化学挙動は加水分解感受性、有機基質との酸化的反応性、および固体-液体転移付近での熱的不安定性に支配される。
この物質に報告されている一般的な商業グレードはEPである。
基本的な物理特性
密度
本データ範囲では、この物性に関する実験的に確立された値は利用できない。
融点または分解点
実験的には無色固体で、融点は \(30\,^\circ\mathrm{C}\) と報告されている。固液転移付近で熱的不安定性があり、この付近及びそれ以上の温度では反応性および加水分解や分解の傾向が強まるため、取扱いには注意が必要である。
水への溶解性
五酸化二窒素は単純で不活性な溶質として水に溶解するのではなく、加水分解により硝酸を生成する。したがって水と接触すると単なる溶解ではなく化学変換が生じ、濃厚系では発熱を伴い、迅速に \(\ce{HNO3}\) を含む酸性溶液が形成される。実際には水系での取扱いは避けるべきであり、水分と接触すると強い酸性および腐食性を示す溶液となる。
溶液のpH（定性的挙動）
加水分解による溶液は硝酸無水物であるため強酸性を示す。現時点で実験的に確立された数値的pH値は利用できないが、加水分解生成物のpHは低く（酸性）なると予想される。
化学的特性
酸塩基挙動
\(\ce{N2O5}\) は硝酸（\(\ce{HNO3}\)）の無水物として機能する。水との反応で硝酸を生成する。概念式： \[ \ce{N2O5 + H2O -> 2 HNO3} \] 非水系または強脱水性媒体中では、\(\ce{N2O5}\) はニトロニウム求電子種 \(\ce{NO2+}\) を生成して硝化試薬として働き、活性化芳香族基質や一部の脱活性化芳香族基質の求電子硝化を可能にする。
反応性および安定性
本化合物は強力な酸化/硝化試薬であり、有機基質、還元剤、水分に対して化学的に反応性が高い。熱的および加水分解的に低次の窒素酸化物や硝酸に比べ不安定であり、温度上昇や水分曝露は反応性を著しく増加させる。非水性溶媒（例：塩素化溶媒）中の溶液は硝化用途で反応性を調整するために使われるが、水分および有機汚染物質の厳重な管理が必要で制御不能な反応を避ける必要がある。詳細な定量的分解動力学データは本データ範囲では提供されていない。
分子およびイオンパラメータ
式および分子量
- 分子式：\(\ce{N2O5}\)
- 分子量：108.01 \(\mathrm{g}\,\mathrm{mol}^{-1}\)
- 正確質量/単一同位体質量：107.98072110
その他計算指標：XLogP3 = 0.7; トポロジカル極性表面積（TPSA）= 101; 水素結合供与体数 = 0; 水素結合受容体数 = 5; 回転可能結合数 = 0。
構成イオン
固体状態や共鳴記述では、ニトロニウム（\(\ce{NO2+}\)）および硝酸イオン（\(\ce{NO3-}\)）が存在するイオン性の解釈が許される。溶液や反応条件下では、硝化の有効求電子種は一般的に \(\ce{NO2+}\) とされる。中性共有結合構造 \(\ce{O2N–O–NO2}\) も一部の相における分子連結として用いられる。
識別子および別名
登録番号およびコード
- CAS番号: 10102-03-1
- EC番号: 233-264-2
- UNII: 6XB659ZX2W
- ChEBI ID: CHEBI:29802
- DSSTox物質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-]
別名および一般名称
- ジナイトロゲンペンタオキシド
- 五酸化二窒素
- 窒素五酸化物
- 硝酸無水物
- ニトロ硝酸塩
- 五酸化二窒素（N2O5）
- Distickstoffpentoxid（ドイツ語）
- Salpetersaeureanhydrid（ドイツ語）
（他にも提出者由来の複数の別名や登録番号の相互参照が存在するが、上記は主要名称および説明的別名である。）
産業および商業的応用
機能的役割および使用分野
五酸化二窒素は有機合成において酸化性硝化試薬として用いられる。その主な技術的役割は、非水媒体においてニトロニウム種の生成および制御を要する電子求引性硝化能力を提供することである。強力な酸化性および加水分解性により、使用は主に適切な乾燥かつ不活性条件下の管理された研究室および工業プロセスに限定される。
典型的な適用例
報告された用途例として塩素ホルム溶液中での芳香族基質の硝化試薬としての使用が挙げられる。典型的には特殊化学品合成および研究規模の電子求引性硝化反応において、他の硝化系が適さない場合や、無水条件下で直接 \(\ce{NO2+}\) を生成する試薬が求められる場面で用いられる。
安全性および取り扱い概要
健康および環境への危険性
五酸化二窒素を含む窒素酸化物は呼吸器刺激物であり、吸入によって有害となる可能性があります。関連する窒素酸化物に関連して報告されている急性影響には、上気道刺激、咳、結膜炎、呼吸困難、頭痛、および遅延性肺水腫の可能性が含まれます。重度の肺水腫から回復した患者は慢性的な気道合併症を発症することがあります。五酸化二窒素は水分（体内の水分を含む）と接触すると、腐食性の硝酸を生成します。\(\ce{N2O5}\)に特有の毒性情報は限定的ですが、窒素酸化物曝露に関連して報告されている有害作用には、メトヘモグロビン血症、中毒性肺炎、慢性気管支炎および線維形成性肺障害が含まれます。
保管および取り扱い上の注意
厳密に無水条件下で、十分に換気されたドラフトチャンバーまたは適切な封じ込め設備内で取り扱ってください。水分、強い還元剤、有機物、および塩基から離し、冷涼で乾燥した密閉容器に保管してください。可燃性物質および相容れない物質とは分離してください。適切な個人用保護具（化学薬品耐性手袋、眼顔面保護具、および吸入暴露が制御できない場合の呼吸用保護具）を使用してください。曝露または漏洩時には、腐食性の酸性溶液を生成する大規模な水との接触を避け、酸化性酸に適した手順を用いて訓練を受けた者が中和および清掃を行うべきです。詳細な危険性、輸送および規制情報については、製品固有の安全データシート（SDS）および現地の法令を参照してください。
