Nitroglycerin
Nitroglycerin (auch Nitroglyzerin), Glycerintrinitrat oder Glyceroltrinitrat, auch Trisalpetersäureglycerinester ist ein Sprengstoff. Daneben wird es auch als Arzneistoff mit gefäßerweiternder Wirkung eingesetzt. Der Stoff fällt in den Geltungsbereich des Sprengstoffgesetzes und wird in der Anlage II in die Stoffgruppe A eingeteilt.[13]
| Strukturformel | |||||||||||||||||||
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| Allgemeines | |||||||||||||||||||
| Name | Nitroglycerin | ||||||||||||||||||
| Andere Namen |
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| Summenformel | C3H5N3O9 | ||||||||||||||||||
| Kurzbeschreibung | |||||||||||||||||||
| Externe Identifikatoren/Datenbanken | |||||||||||||||||||
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| Arzneistoffangaben | |||||||||||||||||||
| ATC-Code | |||||||||||||||||||
| Wirkstoffklasse | |||||||||||||||||||
| Eigenschaften | |||||||||||||||||||
| Molare Masse | 227,09 g·mol−1 | ||||||||||||||||||
| Aggregatzustand |
flüssig[2] | ||||||||||||||||||
| Dichte |
1,59 g·cm−3 (20 °C)[2] | ||||||||||||||||||
| Schmelzpunkt | |||||||||||||||||||
| Siedepunkt |
160 °C (20 hPa)[2] | ||||||||||||||||||
| Dampfdruck | |||||||||||||||||||
| Löslichkeit |
schlecht in Wasser[2] | ||||||||||||||||||
| Brechungsindex |
1,4786 (12 °C)[3] | ||||||||||||||||||
| Sicherheitshinweise | |||||||||||||||||||
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| MAK | |||||||||||||||||||
| Toxikologische Daten | |||||||||||||||||||
| Thermodynamische Eigenschaften | |||||||||||||||||||
| ΔHf0 |
−370,9 kJ/mol[12] | ||||||||||||||||||
| Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen. Brechungsindex: Na-D-Linie, 20 °C | |||||||||||||||||||
Name
Die geläufige Bezeichnung Nitroglycerin ist gemäß IUPAC-Nomenklatur irreführend, da das Präfix Nitro- auf eine Kohlenstoff-gebundene NO2-Gruppe hinweist. Im Glycerintrinitrat jedoch ist der Alkylrest über je ein überbrückendes Sauerstoffatom an je ein Stickstoffatom gebunden, weswegen es sich um einen Trisalpetersäureester handelt.
Noch exakter als Glycerintrinitrat wäre demnach die Bezeichnung Glycerintris(nitrat), wobei das Präfix tris darauf hinweist, dass es sich beim Säurerest nicht um ein Kondensat aus drei Molekülen HNO3 handelt, sondern dreimal mit je einem Molekül verestert wurde. Da die Bezeichnung Glycerin lediglich der Trivialname des dreiwertigen Alkohols Propan-1,2,3-triol ist, ist für dessen Salpetersäureester (also das so genannte Nitroglyzerin) die Bezeichnung Propantrioltrinitrat ebenfalls korrekt.
Geschichte
Im Jahre 1847 stellte der Turiner Arzt und Chemiker Ascanio Sobrero erstmals Nitroglycerin her. Alfred Nobel erfand 1867 den handhabungssicheren Sprengstoff Dynamit, bei dem Kieselgur mit Nitroglyzerin getränkt wird. 1875 wurde von Nobel aus Nitroglycerin und Zellulosenitrat (Kollodium) der bis dahin stärkste gewerbliche Sprengstoff, die Sprenggelatine, hergestellt. Diese Mischung wurde kurze Zeit später im harten Gestein beim Bau des Gotthardtunnels in der Schweiz mit Erfolg angewendet. Aus der Sprenggelatine wurden mit Zuschlagstoffen die schwächeren Gelatine-Dynamite hergestellt. Bei Verwendung von Ammonsalpeter (Ammoniumnitrat) in diesen Mischungen wurden durch Nobel die Grundlagen für die heute verwendeten Sprengstoffe geschaffen.
Der englische Mediziner William Murrell (1853–1912) verschrieb 1879 Nitroglycerin sublingual zur Prophylaxe und Linderung akuter Angina-pectoris-Anfälle. 1924 formte der Apotheker Kurt Boskamp (1884–1945) die erste Gelatinekapsel mit Nitroglycerin, Nitrolingual, die von der Firma Pohl-Boskamp produziert wird und immer noch im Handel ist.[14]
Darstellung und Gewinnung
Glycerintrinitrat wird durch die Veresterung der drei Hydroxygruppen von wasserfreiem Glycerin mit einer Mischung aus Salpetersäure und Schwefelsäure, der sogenannten Nitriersäure, hergestellt:
Man unterscheidet diskontinuierliche und kontinuierliche Herstellungsverfahren. Bei diskontinuierlichen Verfahren wird eine bestimmte Menge Nitriersäure vorgelegt und bei starker Kühlung kleine Mengen Glycerin zugegeben. Aufgrund der Wärmeentwicklung und einer autokatalytischen Zersetzung bei Temperaturen über 30 °C bergen diese Methoden jedoch häufig unkalkulierbare Risiken. Das Auftreten von Nitroglycerindämpfen kann wegen der blutdrucksenkenden Wirkung (s. o.) zum Bewusstseinsverlust führen, was dadurch die Kontrolle über die Temperaturen bei der Herstellung unmöglich und damit eine unkontrollierte Zersetzung wahrscheinlich werden lässt.
Um die Glycerintrinitratmengen in den einzelnen Verarbeitungsstufen so gering wie möglich zu halten und die Produktivität zu erhöhen, wurden daher kontinuierliche Herstellungsverfahren entwickelt. Im einfachsten Fall werden Nitriersäure und Glycerin kontinuierlich in ein gekühltes Rohrsystem gegeben und mischen sich dort aufgrund der laminaren Strömungsverhältnisse. Die modernsten Verfahren benutzen Injektorpumpen, bei denen die durchfließende Nitriersäure einen Unterdruck erzeugt, mit dem das Glycerin angesaugt und in dem Säurestrahl verwirbelt wird. Die Reaktionstemperatur liegt bei etwa 70 °C.
Allgemein erfordert die Synthese von Glycerintrinitrat besondere Sorgfalt und Kenntnisse im Umgang mit Gefahrstoffen, es darf daher nur in professionellen Laboratorien oder technischen Produktionsanlagen hergestellt werden. Neben den offensichtlichen, selbst wohl den meisten Laien bekannten Gefahren einer ungewollten Detonation sind auch die toxikologischen Eigenschaften, sowohl des Endstoffes Glycerinnitrat (welcher u. A. durch Aufnahme über die Lunge schnell zu einem massiven Blutdruckabfall und somit im schlimmsten Fall zum Kreislaufkollaps und Tod führen kann), als auch weitere Gefahrenquellen – wie die Nitriersäure und deren hoch toxische 'nitrose Gase' (Stickstoffdioxide) keinesfalls zu unterschätzen. Da Glycerinnitrat auch transdermal (über die Haut) absorbiert werden kann und schon in relativ geringen Dosen letal wirkt, ist neben einer Atemschutzmaske auch speziell-imprägnierte Arbeitskleidung zum Schutz der Extremitäten erforderlich.
Eigenschaften
Glycerintrinitrat ist bei Standardbedingungen eine farblose, geruchlose und schlecht wasserlösliche Flüssigkeit. Es hat einen süßlichen Geschmack, und schon die Einnahme einer geringen Menge Glycerintrinitrat (10 mg bzw. 0,15 mg/kg Körpergewicht) führt zu Kopfschmerzen. Der Schmelzpunkt liegt je nach Polymorph bei 2,8 °C oder 13,5 °C.
Glycerintrinitrat explodiert bereits bei einem Fallhammerversuch mit einem 2-kg-Fallhammer aus einem Zentimeter Höhe.
- Art: Sekundärsprengstoff
- Explosionswärme: 6,264 kJ·g−1[15]
- Detonationsgeschwindigkeit: 6700–8500 m/s (7600 m/s (Dichte: 1,599 g/cm³)[1])
- Bleiblockausbauchung: 52 cm³/g[1]
- Schlagempfindlichkeit: 0,2 J[1]
- Reibempfindlichkeit: bis 350 N Stiftbelastung keine Reaktion[1]
- Grenzdurchmesser Stahlhülsentest: 24 mm[1]
Bei der Explosion oder beim Zerfall von Glycerintrinitrat entstehen aus chemischer Sicht in einer intramolekularen Redoxreaktion – mit den Nitrogruppen als Oxidationsmitteln und den C-Atomen als Reduktionsmitteln – die Reaktionsprodukte Kohlendioxid, Wasser, Stickstoff und Stickstoffmonoxid:
Die vollständige Umwandlung des flüssigen Sprengstoffes in extrem kurzer Zeit in Produkte, die bei hoher Temperatur gasförmig sind, führt zu einer massiven Volumenausdehnung, das heißt zu hoher Sprengkraft.
Verwendung
Sprengstoff
Glycerintrinitrat wird als Sprengstoff verwendet. Wegen der starken Stoß- und Erschütterungsempfindlichkeit ist die Handhabung allerdings eher schwierig. Alfred Nobel gelang es 1867, Glycerintrinitrat in Kieselgur einzulagern. Das entstehende Dynamit war einfacher zu benutzen. Da aber dessen Anteil von 25 Prozent inaktiven Kieselgurs die Sprengkraft reduzierte, stellte ebenfalls Nobel 1875 Sprenggelatine her, eine ideal zerfallende Mischung aus Nitroglycerin und Schießbaumwolle (Zellulosenitrat, Ballistit bzw. Cordit). Später wurde Glycerintrinitrat als Sprengstoffbestandteil wegen seines Gefrierpunkts bei 13,5 °C (stabile, rhombische Modifikation) bzw. 2,8 °C (labile, trikline Form) teilweise durch Nitroglycol (Ethylenglycoldinitrat oder EGDN) ersetzt, das erst bei −22 °C gefriert. Nitroglycol ist allerdings recht flüchtig und daher in warmen Ländern mit nur wenig prozentualem Anteil an Sprengöl im Gesamtsprengstoff nicht zu empfehlen. Glycerintrinitrat ist dagegen heute noch ein wichtiger Bestandteil vieler Treibladungspulver. In geringen Mengen zugesetzt erhöht es die Sprengkraft von Ammonsalpetersprengstoffen.
Medizin
Nitroglycerin zerfällt im Körper und setzt dabei Stickstoffmonoxid frei. Stickstoffmonoxid wirkt auf glatte Muskelzellen entspannend (dilatierend). Durch die Wirkung auf die glatten Muskelzellen in den Wänden der Blutgefäße wirkt es gefäßerweiternd. Die Wirkung ist besonders stark in großen Venen und großen Arterien und weniger ausgeprägt in Widerstandsgefäßen. Durch die Erweiterung der Venen wird der Füllungsdruck des Herzens (Vorlast) verringert, durch die Erweiterung der großen Arterien steigt deren Compliance, der Blutdruck sinkt, und damit der Druck, gegen den das Herz das Blut auswerfen muss (Nachlast). Beides führt dazu, dass das Herz weniger stark arbeiten muss und weniger Sauerstoff verbraucht. Daher wird Nitroglycerin unter dem Namen Glyceroltrinitrat als Arzneimittel bei ischämischen Herzerkrankungen wie Angina pectoris und bei Herzinsuffizienz verwendet.[16][17] Siehe auch organische Nitrate. Herzinfarkte werden hingegen als „nitroresistent“ bezeichnet, da bei einem Verschluss der Koronararterien die vasodilatative Wirkung des freigesetzten Stickstoffmonoxid keinen therapeutischen Effekt hat. Auch eine Anwendung bei einem Schlaganfall in Form eines Notfallpflasters wird derzeit erforscht.[18]
Es kommt in der Notfallmedizin weiterhin auch bei Linksherzinsuffizienzen und kardial bedingten Lungenödemen zur Anwendung. Weitere Anwendungsgebiete sind die hypertensive Krise (Nitroglycerin, bei Erwachsenen mit 25–300 µg/min[19] intravenös verabreicht, senkt sowohl den Blutdruck als auch den Gefäßwiderstand) und spastische Harnleiter- und Gallenkoliken. Zu beachten ist allerdings, dass es zu lebensgefährlichen Komplikationen kommen kann, wenn das Medikament Sildenafil (Viagra) bis zu 72 Stunden vor der Einnahme des Präparats genommen wurde.[20]
Häufige Anwendung findet Nitroglycerin ebenfalls als Wirkstoff in 'Nitrosalben' (z. B. Rectogesic), welche bei Analfissuren auf erkranktes Gewebe aufgetragen werden und mit der u. A. durchblutungsfördernden Wirkung für eine Entkrampfung des Muskeltonus sorgen.[21]
Nebenwirkungen
Zu den Nebenwirkungen des Mittels zählen eine Erhöhung des intrakraniellen Drucks, eine mögliche Reflextachykardie sowie Kopfschmerzen, Erröten und ein Hitzegefühl.[20]
Handelsnamen
Corangin Nitrospray (D), Deponit (D, A, CH), Glytrin (A), MinitranTM (CH), Minitrans (D), Nitrangin (D), Nitro (D, A), Nitroderm (D, A, CH), Nitro-Dur (A, CH), Nitronal (CH), Nitrolingual (D, A), Perlinganit (D, A, CH), Trinitrin (CH), Trinitrosan (D), Rectogesic (Salbe), diverse Generika (CH).[22][23][24]
Einzelnachweise
- Josef Köhler, Rudolf Meyer, Axel Homburg: Explosivstoffe. 10. Auflage. Wiley-VCH, Weinheim 2008, ISBN 978-3-527-32009-7.
- Eintrag zu CAS-Nr. 55-63-0 in der GESTIS-Stoffdatenbank des IFA, abgerufen am 10. Mai 2018. (JavaScript erforderlich)
- David R. Lide (Hrsg.): CRC Handbook of Chemistry and Physics. 90. Auflage. (Internet-Version: 2010), CRC Press/Taylor and Francis, Boca Raton, FL, Physical Constants of Organic Compounds, S. 3-510.
- Eintrag zu Glycerol trinitrate im Classification and Labelling Inventory der Europäischen Chemikalienagentur (ECHA), abgerufen am 1. Februar 2016. Hersteller bzw. Inverkehrbringer können die harmonisierte Einstufung und Kennzeichnung erweitern.
- Eintrag zu Nitroglycerin der Gefahrstoff-Datenbank im „CLAKS“ der Uni-Hamburg
- MAK- und BAT-Werte-Liste 2013.
- Schweizerische Unfallversicherungsanstalt (Suva): Grenzwerte – Aktuelle MAK- und BAT-Werte (Suche nach 55-63-0 bzw. Nitroglycerin), abgerufen am 2. November 2015.
- Eintrag zu Nitroglycerin in der ChemIDplus-Datenbank der United States National Library of Medicine (NLM)
- Spravochnik po Toksikologii i Gigienicheskim Normativam. S. 180, 1999.
- Yakuri to Chiryo. Pharmacology and Therapeutics. Vol. 13, S. 3649, 1985.
- Richard Wuerz, Greg Swope, Steven Meador, C. James Holliman, Gregory S. Roth: Safety of prehospital nitroglycerin. In: Annals of Emergency Medicine. Band 23, Nr. 1, 1994, S. 31–36, doi:10.1016/S0196-0644(94)70004-4.
- David R. Lide (Hrsg.): CRC Handbook of Chemistry and Physics. 90. Auflage. (Internet-Version: 2010), CRC Press/Taylor and Francis, Boca Raton, FL, Standard Thermodynamic Properties of Chemical Substances, S. 5-24.
- Sprengstoffgesetz - SprengG, abgerufen am 5. November 2018.
- Wolf-Dieter Müller-Jahncke, Christoph Friedrich, Ulrich Meyer: Arzneimittelgeschichte. 2., überarb. und erw. Auflage. Wiss. Verl.-Ges, Stuttgart 2005, ISBN 3-8047-2113-3, S. 161–162.
- 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, doi:10.1016/0040-6031(84)87145-2.
- J.R. Levick: An Introduction to cardiovascular Physiology. 5. Auflage, 2010. Hodder Arnold, London, ISBN 978-0-340-94204-8. Seiten 127, 277, 285.
- Reinhard Larsen: Anästhesie und Intensivmedizin in Herz-, Thorax- und Gefäßchirurgie. 5. Auflage. Springer, Berlin/ Heidelberg/ New York u. a. 1999, ISBN 3-540-65024-5, S. 65–67. (1. Auflage 1986). Bei Google Books
- Medicine patch could revolutionise stroke treatment, British Health Foundation, 5. Mai 2017.
- Reinhard Larsen: Anästhesie und Intensivmedizin in Herz-, Thorax- und Gefäßchirurgie. 1999, S. 76.
- D. Kühn, J. Luxem, K. Runggaldier: Rettungsdienst. 3. Auflage. Urban & Fischer, München 2004, ISBN 3-437-46191-5.
- Topisches Glyceroltrinitrat (Nitrosalbe) bei Analfissuren. Abgerufen am 8. Juli 2021.
- Rote Liste online, Stand: September 2009.
- AM-Komp. d. Schweiz, Stand: September 2009.
- AGES-PharmMed, Stand: September 2009.
Literatur
- Richard Escales: Nitroglyzerin & Dynamit. SurvivalPress, 1908. (Nachdruck: 2002, ISBN 3-8311-4362-5.)
- Josef Köhler, Rudolf Meyer: Explosivstoffe. 9. Auflage. Wiley-VCH, Weinheim 1998, ISBN 3-527-28864-3, S. 215 ff.
- Reinhard Larsen: Anästhesie und Intensivmedizin in Herz-, Thorax- und Gefäßchirurgie. 5. Auflage. Springer, Berlin/ Heidelberg/ New York u. a. 1999, ISBN 3-540-65024-5, S. 65–67 und 177 f. (1. Auflage 1986)
- Alfred Stettbacher: Die Schieß- und Sprengstoffe. 2. Auflage. Leipzig 1933.
