Oktogen

Strukturformel
Allgemeines
Name	Oktogen
Andere Namen	Cyclotetramethylentetranitramin HMX LX 14-0 HW 4
Summenformel	C4H8N8O8
CAS-Nummer	2691-41-0
PubChem	17596
Kurzbeschreibung	farblose Kristalle[1]
Eigenschaften
Molare Masse	296,2 g·mol−1
Aggregatzustand	fest
Dichte	1,87 g·cm−3 (α-Octogen)[2] 1,96 g·cm−3 (β-Octogen)[2] 1,82 g·cm−3 (γ-Octogen)[2] 1,78 g·cm−3 (δ-Octogen)[2]
Schmelzpunkt	273–281 °C (Zersetzung)[1]
Löslichkeit	löslich in DMSO (455 g·kg−1 DMSO bei 40 °C)[1]
Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung [3] keine Einstufung verfügbar H- und P-Sätze H: siehe oben EUH: siehe oben P: siehe oben EU-Gefahrstoffkennzeichnung [4] Leicht- entzündlich Giftig (F) (T) R- und S-Sätze R: 11-23/24/25-36/37/38 S: 16-27-45
Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.

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Oktogen ist der Trivialname für den Sprengstoff Cyclotetramethylentetranitramin, der zur Gruppe der Nitramine zählt. Im US-amerikanischen Sprachgebrauch wird es als Homocyclonite bzw. HMX (High-Molecular-weight rdX) bezeichnet. Der systematische Name von HMX lautet 1,3,5,7-Tetranitro-1,3,5,7-tetrazoctan.

Geschichte

Die Substanz wurde 1942 in Deutschland als Nebenprodukt der technischen Synthese des Hexogens (KA-Verfahren) isoliert, chemisch charakterisiert und sprengtechnisch untersucht, wobei es keine Vorteile gegenüber dem Hexogen zeigte. Etwa zur gleichen Zeit wurde es analog in den USA als Nebenprodukt des identischen, neuen Bachmann-Verfahrens abgetrennt und untersucht. Bei der Herstellung von Oktogen entsteht das strukturell ähnliche QDX.^[5]

Darstellung und Gewinnung

Die Synthese von Oktogen geht von Hexamethylentetramindinitrat aus, welches im ersten Schritt durch Einwirkung von Essigsäureanhydrid zum 1,5-Methylen-3,7-dinitro-1,3,5,7-tetraazacyclooctan umgesetzt wird. Analog zum Bachmann-Verfahren zur Herstellung von Hexogen erfolgt im zweiten Schritt die Herstellung der Zielverbindung mittels Essigsäureanhydrid, Salpetersäure und Ammoniumnitrat.^[2]

Eigenschaften

Physikalische Eigenschaften

Es existiert in vier polymorphen Formen, von denen nur die β-Form praktische Bedeutung besitzt. Diese Form besitzt eine für eine hohe Detonationsgeschwindigkeit notwendige besonders hohe Dichte.^[2] Sie bildet weiße Kristalle, die sich bei 273 bis 282 °C zersetzen.^[1] Die Verbindung ist in Wasser praktisch unlöslich. Die Löslichkeiten in anderen Lösungsmitteln ist mit denen von Hexogen vergleichbar.^[2]

Für die Detonationsgeschwindigkeit werden Werte um 9.110 m·s⁻¹ bei einer Pressdichte von 1,89 g·cm⁻³ angegeben; sie ist damit geringfügig höher als die von Hexogen (8.750 m·s^-1). Im Vergleich dazu detoniert TNT nur mit ca. 6.900 m·s⁻¹. Die Explosionswärme beträgt 5680 kJ/kg; es entstehen 920 l/kg Verbrennungsgase (Normalgasvolumen). Die Bleiblockausbauchung ist 480 ml/10 g, der Grenzdurchmesser beim Stahlhülsentest beträgt 8 mm.^[2] Die Verbindung ist schlag- und reibempfindlich. Der Fallhammertest zeigt mit einer Schlagenergie von 7,5 Joule und der Reibtest mit einer Stiftbelastung von 12 kp ein positives Ergebnis.^[2]

Chemische Eigenschaften

Oktogen ist ein heterocyclischer Achtring. Seine Beständigkeit gegenüber Schwefelsäure und gegen Natronlauge ist größer als die des Hexogens, vermutlich infolge geringerer Löslichkeit, so dass darauf Trennungsmethoden aufgebaut wurden. Die Löslichkeit in Aceton ist viel geringer als die des Hexogens, wodurch die Abtrennung des Hexogens vom Oktogen durch fraktionierte Kristallisation möglich ist. Zur Umkristallisation ist Dimethylsulfoxid oder Nitromethan geeignet.

Toxikologie von Nitraminen

Hexogen hat keine Nitritwirkungen, es wird langsam vom Magen-Darm-Kanal und wahrscheinlich gar nicht von der Haut resorbiert. Die minimale letale Dosis für Ratten (peroral) ist 200 mg/kg. Aber noch 50–100 mg/kg täglich werden von Ratten, 50 mg/kg täglich von Hunden einige Wochen lang ohne Blutveränderung vertragen, lediglich etwas Übererregbarkeit wurde beobachtet. Bei wiederholter Einwirkung von Hexogen (-Staub) bzw. von Verunreinigungen des Herstellungsprozesses kam es bei Menschen zu Krampfanfällen, Augen- und Hautreizungen.

Über die Toxizität von Oktogen ist nichts bekannt. Es dürfte jedoch ähnliche zentral erregende bzw. krampfauslösende Wirkung haben wie Hexogen.

Verwendung

Ein Austausch von Hexogen gegen Oktogen bewirkt bei Hochleistungsladungen (z.B. Hohlladungen) einen Leistungszugewinn.^[2]

Einzelnachweise

1. ↑ ^{a b c d} Carl-Otto Leiber, in: Römpp Online - Version 3.5, 2009, Georg Thieme Verlag, Stuttgart.
2. ↑ ^{a b c d e f g h i j} J. Köhler; R. Meyer, A. Homburg: Explosivstoffe, Zehnte, vollständig überarbeitete Auflage, Wiley-VCH, Weinheim 2008, ISBN 978-3-527-32009-7, S. 227–228.
3. ↑ In Bezug auf ihre Gefährlichkeit wurde die Substanz von der EU noch nicht eingestuft, eine verlässliche und zitierfähige Quelle hierzu wurde noch nicht gefunden.
4. ↑ Datenblatt Oktogen bei Sigma-Aldrich, abgerufen am 3. September 2010.
5. ↑ Elizabeth P. Burrows, Ernst E. Brueggemann: Reversed-phase gradient high-performance liquid chromatography of nitramine munitions and characterization of munitions process samples by gas chromatography-mass spectrometry, in: Journal of Chromatography, 1985, 329, S. 285–289, doi:10.1016/S0021-9673(01)81932-4.