如何淬灭叠氮化钠?

  • A+

    叠氮化钠(NaN3)亦称“三氮化钠”,化学式NaN3,是六方晶体或白色结晶, 溶于水和液氨,微溶于乙醇,不溶于乙醚,在医药、农药等领域有广泛用途,例如四唑和三唑类化合物的合成、用 Curtius 重徘反应合成异氰酸酯、转化竣酸成氨基甲酸酯、酞胺的合成等。


叠氮化钠常用反应


1


然而,叠氮化钠是一种剧毒品,其毒性和氰化物相似,对细胞色素氧化酶和其他酶有抑制作用,并能使体内氧合血红蛋白形成受阻,有显著的降压作用。对眼和皮肤有刺激性。如吸入、口服或经皮肤收,可引起中毒死亡。高血压病人口服本品有显著降压作用。本品在有机合成中可有叠氮酸气体逸出,吸入中毒出现眩晕、虚弱无力、视觉模糊、呼吸困难、昏厥感、血压降低、心动过缓等。


另外,叠氮化钠又是比普通炸药对热更敏感的爆剂


利用它的易爆性,叠氮化钠(NaN3)被开发成汽车安全气囊中的主要成分,能在发生碰撞的瞬间(不到0.04秒)分解产生大量气体将气囊鼓起。反应的化学方程式为:2NaN3(撞击)=2Na+3N2↑。


2


 

对于它的剧毒特性,只要大家按照规范做好个人防护,并不对人构成威胁。但在它的取样、反应后处理、反应产物,后处理液的处理等操作过程中,由于它的易爆特性、不但反应失败造成损失、耽误项目完成时间,而且还可能会造成人员伤害,许多人吃过不少苦头。


隐患及对策:


1、NaN3 受热、接触明火、或受到摩擦、震动、撞击时可发生爆炸。所以不能用金属勺或刮刀进行取样称量等操作。好在NaN3 吸湿性小,一般不会板结成团,只需牛角勺就能取样


3

(图源:网络)


2、因为NaN3有剧毒,LD50为27mg/Kg(鼠,经口),故所有接触过NaN3 的器具和后处理水溶液都要用NaClO 消解去毒。


3、多余的NaN3 或HN3 以及带有叠氮基的产物在溶液里通常表现温和,即使加温回流都很安全,但是当浓缩至干或接近干的状况下,就会发生猛烈爆炸。所以不能直接浓缩反应液,如果反应需要加温回流,注意冷凝水不能断流,以防溶剂挥发至干而引起爆炸。


4、后处理萃取时,如果产物不忌碱,体系PH≥9 为好,在这样的环境体系中,多余的叠氮钠容易用水洗干净。如果PH 小于9 或偏酸,多余的NaN3 就变成水难洗掉的、爆炸性更强的HN3


5、带有叠氮基(-N3)的化合物遇热也有强大爆炸性,需要特别对待后处理的萃取液。带有叠氮基的分子通常只是中间体,很少作为最终产物。安全经验值:当含单个叠氮基的化合物的分子量超过280 时,对热才不会敏感,相对比较安全。含叠氮基化合物的分子量越小,叠氮基成分的相对比例就越高,爆炸性也就越大


6. 带有叠氮基的分子在溶液里表现温和,即使加温回流都很安全,但是当浓缩至干或接近干的状况下,就会发生猛烈爆炸,已经有多起教训。有经验指标可供参考:有机过氧化物,如果过氧比值超过5%(氧原子量16 与分子量M的商≥5%),就有爆炸危险性,不能与金属接触,也不能受热,更不能用明火烘干,比值越高危险性越大;而有机叠氮化合物的叠氮比值超过5%(氮原子量14与分子量M的商≥5%),也有爆炸危险性,既不能与金属接触,也不能受热,更不能用明火烘干。


这就产生一个安全处理原则:安全处理原则:带有叠氮基的产物不要旋蒸,更不能蒸干以萃取溶剂最好是下 一步反应所用的溶剂,这样我们可以避免旋干操作,从而避免旋干时存在的爆炸危险。这就会有两个问题,一是萃取溶剂本身就是下一步反应所用的疏水溶剂(如醚类、二氯甲烷、甲苯等),不需要旋蒸,接着往下做。另一个情况是下步不是疏水溶剂,而是甲醇、乙醇、THF等,解决方案是,用低沸点乙醚或二氯甲烷进行萃取,然后加下步的较高沸点的亲水溶剂,将乙醚或二氯甲烷置换出来,留下供下步反应的溶剂和叠氮物。


7、带有叠氮基的产物有爆炸危险性,如通过结晶能得到带有叠氮基的固体产物, 切忌与金属接触,也不能受热,不能用烘箱或红外灯烘干,建议用真空干燥器等适当方法。


8、后处理的水溶液,通常都含有过量的NaN3,如果处理不当,也会引起爆炸,已经有深刻教训。处理反应后的后处理水溶液,先要用足够量的水,至少500 倍于过量叠氮钠的水进行稀释,之后才能在玻璃棒的不断搅拌下,用次氯酸钠水溶液处理,按照多余1 克的NaN3 约需10 毫升饱和 NaClO 溶液的比例处理。


有人表示曾经一天投了11锅加热到140度的反应,每锅17.6g叠氮钠, DMF做溶剂。投料和处理过程是这样的:

先准备一个五升的塑料桶,里面放置一升水,加入氢氧化钠,使pH大于13,把天平放在通风厨里,带上口罩,护目镜,手上戴双层手套(内层PE手套,外层丁腈手套),用牛角勺,利用减重法称取所需重量,称完后,牛角勺在1升水中洗干净,把手套放置在五升桶里。反应结束后,把萃取的水相连同清洗瓶子的水,手套等放置在五升桶里,外加两升水,缓慢加入氢氧化钠颗粒,使pH大于13,这个过程升温明显,等温度降到室温后,缓慢多次倒入过量次氯酸钠,这个过程始终保持pH大于13,过程中会出现大量放热。静置过夜,第二天倒入专门的废液桶。


9. 对于下列的反应,因为分子中有一个羧基,后处理就比较麻烦。


4



麻烦在于,一旦后处理的PH调成大于9,那产物也就溶于水了,如果小于9,又除不掉易爆的HN3。解决办法有二,一是改变合成路线,因为不可能只有一条路可走;二是通过层析等手段将产物分离出来。


参考资料:叠氮化钠的安全隐患及使用对策,龙励子


weinxin
我的微信
关注我了解更多内容

发表评论

目前评论:0