文号
949117
阅读
1435
回复
7
收藏
5
关于合成NaN3的新思路(包含合成Pb(N3)2的思路
三 羊捏不动
2026/03/02
原创
IP:中国
摘要:本文阐述了一种合成叠氮化钠的较为安全的新思路

注意!!!本文仅为学术探讨,只提出一种理论合成思路,并不涉及实践过程!!!切勿私自尝试!!!

本文提及多种剧毒叠氮化合物,再重申一遍,本文仅限讨论,读者切勿私自尝试!!!作者概不负责!

现今合成叠氮化钠常采用NaNH2(氨基钠)法与N2H4(肼)法

其中NaNH2法反应如下:NaNH2+N2O=NaN3+H2O ①

N2H4法反应如下:N2H4+R-ONO+NaOH—>NaN3+R-OH+2H2O ②


其中,于药品层面来说反应①涉及使用N2O,我国的禁毒力度有多大相信各位都是清楚的,同时,反应①需要用到的NaNH2储存条件十分严格,化学爱好者们不一定有足够的能力长期储存NaNH2;于反应条件层面来说,反应①需要210~220摄氏度的反应条件,反应过程操作难度大、反应容易失控、容易发生爆炸事故。

对于反应②,过程中涉及使用N2H4这一剧毒易挥发化合物,且N2H4作为管制品难以获得,价格也较为昂贵。此法使用到的亚硝酸酯类基本为爱好者自制,常因混有NO、NO2等降低产率;同时此法副反应较多,本身产率就比较低,不怎么经济。


有少部分爱好者开发出了CHZ(碳酰肼)法

CHZ结构如下所示(图片来源百度百科):1772356772527.png

其羰基碳上连接有两个肼基(NH-NH2)经重氮化后会产生叠氮基,这里引用百度百科对于碳酰肼的一句描述:在有亚硝酸存在时,碳酰肼会转变成高爆炸性化合物——羰基叠氮化物CO(N3)2

以下为CHZ法的概述:碳酰肼的硫酸盐为微溶物,部分爱好者将碳酰肼与硫酸混合制得其硫酸盐微溶物沉淀,随后向碳酰肼硫酸盐(CO(NHNH2)2•H2SO4)中加入NaNO2溶液以制得CO(N3)2;待此反应结束后再向体系中加入NaOH溶液以水解CO(N3)2制得NaN3。

反应式:

CO(NHNH2)2+H2SO4+2NaNO2——>Na2SO4+CO(N3)2+4H2O ❶

CO(N3)2+2NaOH——>2NaN3+Na2CO3+H2O ❷

接下来我将阐明为何不选用此方法:

有文献指出羰基二叠氮被认定为“极易爆炸”⑴,且具有高挥发性,在受撞击与强光照射时极易爆炸⑵。故此法十分危险,普通爱好者通过CHZ法制备NaN3时必须向含有较高浓度CO(N3)2的溶液中加入NaOH,此过程中将不可避免接触大量CO(N3)2气体,且CO(N3)2感度极高,搅拌、晃动溶液都极易发生爆炸事故;CO(N3)2的高挥发性也注定此反应产率会很低,更重要的是CO(N3)2作为有机叠氮化合物应表现出急性毒性且毒性较强(剧毒),由于缺乏其毒理学数据,故爱好者应避免使用此法。6A5A6596652B29CE837442B0AB116DE8.png41043FDA638CB99CDE08655418EDDED1.png


笔者通过类似思路构思出了一种全新的生产NaN3的方法

⒈由脲与硝酸作用产生微溶性的硝酸脲

CO(NH2)2+HNO3——>CO(NH2)2•HNO3

⒉由硝酸脲与浓硫酸脱水作用得硝基脲

CO(NH2)2•HNO3+H2SO4(浓)—低温—>NH2CONHNO2+H2O+H2SO4

⒊使用光亮铁片作电极,将硝基脲溶解于含氯化铵与盐酸的溶液中通电电解(文献)

NH2CONHNO2+H2SO4+3H2O——>NH2CONHNH2•H2SO4+3/2O2

⒋硫酸氨基脲与亚硝酸钠反应得叠氮甲酰胺

NH2CONHNH2•H2SO4+NaNO2——>NH2CON3+NaHSO4+2H2O

⒌用氢氧化钠水解叠氮甲酰胺得叠氮化钠

NH2CON3+3NaOH——>NaN3+Na2CO3+NH3+H2O


注:第三步所使用文献将贴在下方

44BB3236BFE81C917BDC1472314C0D1B.png

原本作者是想引用一篇1901年的老文献的,但是由于时间间隔太久找不出来了,所以引用的是1925年的另一篇文献⑶。该文献同样使用了电解法制备硫酸氨基脲。

当然,硫酸氨基脲与盐酸氨基脲可通过直接购买获得。


另有文献⑷提到叠氮甲酰胺热稳定性与安全性优异,其熔点为96摄氏度,分解温度为133摄氏度,摩擦感度(FS)>360N,撞击感度(IS)=20J,爆速为7201m/s,且分子间存在强氢键。

叠氮甲酰胺分子中有一个-NH2强给电子基与分子间强氢键,但羰基二叠氮分子中中心碳原子上全是吸电子基进而导致C-N3键较弱,容易断裂。文献⑴ 也提到羰基二叠氮室温下有一定动力学稳定性但极易分解。

故此法所产生的NH2CON3较CHZ法产生的CO(N3)2性质更稳定,此工艺更安全。


关于合成Pb(N3)2

作者认为在使用此法得到亚硝酸钠后可直接将体系溶液中加入过量硝酸钙后过滤这样可除去溶液中大部分在水解步骤过量加入的氢氧根

将滤液缓慢滴入预先处理好的硝酸铅溶液中

为避免β-Pb(N3)2的产生所需要的具体步骤较繁琐作者不赘述。


若使用盐酸氨基脲,则反应完的体系中会残留大量Cl-,此时可在去除掉氢氧根后直接将滤液滴入预先处理好的硝酸铅溶液中,最终会产生Pb(N3)2与PbCl2的混合沉淀,将沉淀倾入高浓度氯化铵溶液后PbCl2将溶解,过滤即得Pb(N3)2


不可向反应完毕后的体系中加入酸以得到纯叠氮酸后通入碱液制得叠氮酸盐!纯叠氮酸受热与撞击极易爆炸!!且剧毒!


作者声明:本文仅限理论探讨,若有不对欢迎指正,求轻点喷。。

文末提及的叠氮化铅制造方法中叠氮化钠溶液与硝酸铅溶液都应经过特殊处理,否则会产生高感度易自爆的β-叠氮化铅。


参考文献

1. Zeng X, Gerken M, Beckers H, et al. Synthesis and Characterization of Carbonyl Diazide, OC(N₃)₂[J]. Inorganic Chemistry, 2010, 49(20): 9694-9699.

2. Häring A P, Kirsch S F. Synthesis and Chemistry of Organic Geminal Di- and Triazides[J]. Molecules, 2015, 20(11): 20042-20062.

3. Bircher L J, Ingersoll A W, Armendt B F, et al. The Electrolytic Preparation of Semicarbazine Sulfate[J]. Journal of the American Chemical Society, 1925, 47(2): 391-394.

4. Harter A G, Klapötke T M, Stierstorfer J, et al. Synthesis, Characterization and Energetic Performance of Oxalyl Diazide, Carbamoyl Azide, and N,N’-Bis(azidocarbonyl)hydrazine[J]. ChemPlusChem, 2021, 86(6): 870-874.


补(所有补充均为理论探讨,切勿轻易实践):

1.经用户cl10与用户桃夭的提醒,本文所阐述制备方法若不经特殊处理只能得到含有杂质离子的NaN3溶液,故本文所讨论的制备方法更配用于以NaN3溶液进行其他单体合成。(如制备氮铅

2.经用户桃夭的补充,CHZ法似乎可以通过在过量氢氧化钙悬浊液中进行以提高安全性与简便性。

3.用户cl10补充了boc-肼法,感兴趣的读者可以自己研究一下。

[ 修改于8个月1天前 - 2026/03/03 13:54:35 ]
8个月3天前IP:中国
949118
1楼

等有空了作者试试这个理论上的方法

引用
评论
8个月2天前IP:中国
949126
3楼

很多文献都指出肼基与亚硝酸的反应选择性大于氨基和亚硝酸,只要亚硝酸不过量应该是没什么问题的,你可以自己去搜关键词,通过本文所阐述的方法制备叠氮甲酰胺同样有文献提及,不应该这么多篇文献都存在数据造假,作者过阵子会实践这个方法,到时候就知道有没有数据造假了。

引用
评论(4)
8个月2天前IP:中国
949131
5楼
引用桃夭发表于4楼的内容
然而CHZ法本就可以在过量氢氧化钙悬浊液中完成,CO(NH2)2在溶液中生成又被进攻水解。反应完后通二氧化碳,过滤掉碳酸钙,就是叠氮化钙溶液了(似乎也无法避免亚硝酸酯水解,寒假才试过但是又一堆橘黄色副...

CHZ•H2SO4的Ksp比CaSO4要小吗,这个我找不到相关数据,如果是的话似乎确实可以在氢氧化钙浊液中完成反应。叠氮酸Ka也比碳酸大,所以叠氮酸和碳酸钙是不共存的,如果二氧化碳通入过量了会损失少部分产率。

确实,硫酸肼成本也比氨基脲盐低。我本来一开始也是在醇法但是副产品太多了产物纯度也比较低并且对无水乙醇消耗量有点大,回收乙醇有点费时间,我使用自制的亚硝酸酯最后产率十分感人😇😇😇所以就一直在想开发另一种方法

的确,在水溶液中叠氮化钠难以分离,尤其是有杂质离子的存在。但是此方法似乎确实可以较为高效地制备出叠氮化钠(? 如果要分离出叠氮化钠纯品而非仅得到其溶液的话确实更推荐肼法(醇法)

N3类的毒性也确实很强。。作者在后续实验过程中将全副武装

引用
评论(2)
7个月17天前IP:湖北
949250
7楼
引用QQQQQQQ发表于6楼的内容
叠氮化钠的纯度严重影响材料的最终表现,所以确实建议不建议业余尝试叠氮,除非你能买到高纯的叠氮。不纯的叠氮存在很多的安全隐患,甚至不如HMTD对业余的可控好用。

的确,业余爱好者难以对叠氮化物进行提纯,但购买叠氮化物的渠道一般的业余爱好者也接触不到,且高纯的叠氮化物价格高昂。若业余爱好者想要尝试叠氮的话也别无他法了。。

倘若使用不纯的叠氮化钠制备其他叠氮化物如氮化铅等,若叠氮化钠中的杂质不与铅离子反应,是否也可以得到纯度较高的氮化铅?当然,其杂质也有可能使制备出来的氮化铅多为β晶型。故对于业余爱好者来说制备叠氮化物确实很冒险,但那些想要研究叠氮化物的爱好者们爱好者们别无他法。

至于HMTD,有机过氧化物类的敏感度还是太高了,不纯的叠氮化钠真不一定会比HMTD或TATP类的过氧化物敏感,其实只要保证没有重金属离子等杂质的话,小批量制备叠氮化钠应不会有很大的危险,前提是反应用量小。

顺带一提,制备氮化铅应当使用很小的反应用量,并且取极少量样品观察晶型,晶型不对则立即对母液与产物销毁。


引用
评论
2
笔记
{{note.content}}
{{n.user.username}}
{{fromNow(n.toc)}} {{n.status === noteStatus.disabled ? "已屏蔽" : ""}} {{n.status === noteStatus.unknown ? "正在审核" : ""}} {{n.status === noteStatus.deleted ? '已删除' : ''}}
  • 编辑
  • 删除
  • {{n.status === 'disabled' ? "解除屏蔽" : "屏蔽" }}
我也是有底线的