Triaminotrinitrobenzol

Triaminotrinitrobenzol (kurz TATB) ist eine als Sprengstoff verwendete aromatische Nitroverbindung.

Geschichte

TATB wurde von Jackson und Wing 1888 erstmals synthetisiert. In den 1950er-Jahren wurde in den Naval Ordnance Laboratories (USA) die Stabilität und Unempfindlichkeit von TATB erkannt und es wurden effiziente Syntheseverfahren mit hoher Ausbeute entwickelt. In den 1970er-Jahren wurde TATB vor allem in den USA eingehend untersucht und charakterisiert.

Darstellung

Zur Synthese von Triaminotrinitrobenzol gibt es verschiedene Möglichkeiten:

Nitrierung von 1,3,5-Trichlorbenzol (C₆H₃Cl₃) mit Nitriersäure und anschließender Behandlung mit Ammoniak in Alkohol
Reduktion von Trinitrotoluol (C₇H₅N₃O₆) mit Schwefelwasserstoff (H₂S) in Dioxan. Dabei entsteht 6-Amino-2,4-dinitrotoluol (C₇H₇N₃O₄). Dies wird anschließend mit Nitriersäure zu Pentanitroanilin umgesetzt, dann mit Ammoniak in Dichlormethan zu TATB.
Beim VNS-Verfahren (Vicarious Nucleophilic Substitution) wird Pikramid (Trinitroanilin) (C₆H₄N₄O₆) mit 1,1,1-Trimethylhydraziniumiodid (TMHI) (C₃H₁₁N₂I) in Gegenwart von Natriummethylat in Dimethylsulfoxid direkt zu TATB umgesetzt.
Hexanitrobenzol reagiert mit einem Überschuss Ammoniak in einer Benzol-Lösung zu Triaminotrinitrobenzol.<ref>Vorlage:Literatur</ref>

Zur Reinigung wird aus Dimethylsulfoxid und Diphenylether umkristallisiert.

Eigenschaften

TATB bildet gelbe, trikline Kristalle.<ref name="roempp" />

Die Stabilität von TATB wird durch intermolekulare und intramolekulare Wasserstoffbrücken erklärt, welche sich infolge der abwechselnden Nitro- und Aminogruppen um den Benzolring herum ausbilden.

Verwendung

TATB wird trotz seiner hohen Herstellungskosten von rund 100,– €/kg<ref name="roempp" /> als Sprengstoff eingesetzt, da die Verbindung einerseits stabil und damit gut zu handhaben ist, andererseits aber eine hohe Sprengkraft besitzt. Die Beständigkeit von TATB gegen Stoß- und Hitzeeinwirkung ist größer als die eines jeden anderen bekannten Materials mit vergleichbarer Energiedichte. TATB wird selbst durch den Aufschlag bei Flugzeugabstürzen, Feuer, Explosionen oder den Einschlag von Geschossen aus Handfeuerwaffen nicht zur Explosion gebracht. Wegen dieser Eigenschaften wird TATB z. B. in Kernwaffen oder für insensitive Munition (z. B. für Schiffe und U-Boote) verwendet.

Detonationen in Sprengstoffen auf TATB-Basis verlaufen anders als Detonationen von empfindlichen Sprengstoffen: Sie sind zwar schnell, aber nicht verzögerungsfrei und zeigen eine vergleichsweise breite, dreidimensionale Reaktionszone hinter der Detonationsfront. Solche nichtidealen Detonationen können auf der Basis einfacher Theorien nicht hinreichend genau berechnet werden. Die Verwendung von TATB in Waffensystemen erfordert daher ein hochentwickeltes Verständnis der Physik und Chemie von Initiierung und Detonation.

Explosionswärme: 3,990 kJ·g⁻¹<ref name="Zeman">Zeman, S.; Dimun, M.; Truchlik, S.: The relationship between the kinetic data of the low-temperature thermolysis and the heats of explosion of organic polynitro compounds in Thermochim. Acta 78 (1984) 181–209, Vorlage:DOI.</ref>
Detonationsgeschwindigkeit bei maximaler Dichte: 7619 m·s⁻¹<ref name="roempp" />
Detonationsdruck: 25,9 GPa<ref name="roempp" />
Reibempfindlichkeit: >353 N<ref name="roempp" /><ref name="Klapötke">Klapötke, T.M.: Chemistry of High-Energy Materials, 2nd Edition, 2012 Walter de Gruyter GmbH & Co. KG, Berlin/Boston, ISBN 978-3-11-027358-8, S. 118, (abgerufen über De Gruyter Online).</ref>
Schlagempfindlichkeit: 50 J<ref name="roempp" /><ref name="Klapötke" />

TATB ist außerdem Bestandteil von verschiedenen Mischsprengstoffen, wie zum Beispiel LX-17 (LX = Livermore explosive).

Rechtliche Bestimmungen

Herstellung und Verarbeitung von TATB sind in Deutschland durch das Sprengstoffgesetz geregelt.

Literatur

Philip F. Pagoria, Gregory S. Lee, Alexander R. Mitchell, Robert D. Schmidt: A Review of Energetic Materials Synthesis, in: Thermochimica Acta, 2002, 384 (1–2), S. 187–204; doi:10.1016/S0040-6031(01)00805-X.
Roland Ionas Bialke: Das Lehrbuch der Sprengmeister. Gesammeltes Wissen über Sprengstoffe aus der klandestinen Hobby-Sprengmeisterzene, Books on Demand GmbH, Norderstedt 2008, ISBN 978-3-8370-4729-5.

Weblinks

Vorlage:Commonscat

Tätigkeiten mit Explosivstoffen (abgerufen am 15. Mai 2020)
Beiträge zur chemisch-biologischen Oberflächenmodifikation von Nanodiamanten aus der Detonationssynthese (abgerufen am 15. Mai 2020)
Sprengstoffe (abgerufen am 15. Mai 2020)
Vorlage:Patent

Einzelnachweise