硝化甘油

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硝化甘油(nitroglycerin)
國立臺灣師範大學化學系碩士生洪嘉駿

硝化甘油(nitroglycerin, \(\mathrm{C_3H_5N_3O_9}\))，又稱硝酸甘油酯、三硝酸甘油酯、三硝酸丙三酯，英文可縮寫成NG或NTG，是甘油的三硝酸酯，於1847年由都靈大學的化學家阿斯卡尼奧⋅索布雷洛(Ascanio Sobrero)發明。

阿斯卡尼奧⋅索布雷洛是一名義大利化學家，在都靈大學就讀並師承Théophile-Jules Pelouze，最後於都靈大學任教授職。他發明了硝化甘油，也明白其中的危險性。在他的信件和私人日記中可知他非常反對使用硝化甘油，敘述著硝化甘油是非常危險且非常難以處理的物質，由於過於害怕索布雷洛還將這項發明當作秘密藏了一年多。

Pelouze的另外一名年輕學生為人人熟知的阿爾弗雷德⋅伯恩哈德⋅諾貝爾(Alfred Bernhard Nobel)。諾貝爾回到家族的工廠在1860年代左右開始有關硝化甘油的實驗並知曉這的確是相當危險的物質。雖然工廠在1864年9月3日發生大爆炸帶走了包含他弟弟在內的五個人，^[1]但是他仍繼續研究改良出能安全使用硝化甘油的配方，並以此申請專利，再加上雷管的專利獲得了大量的財富。他發現只要將硝化甘油與矽藻土和其他惰性物質混和形成的吸收劑摻在一起便能安全地製造、運輸炸藥。此配方在1867年被諾貝爾申請為專利，並將之命名為「Dynamite」，即希臘文中的「力量」^[2]。

硝化甘油的物理特性是在純品狀態下無色透明物質，熔點為 \(14^\circ C\)。在 \(15^\circ C\) 一大氣壓下密度為 \(1.6\) 每立方公分克重，約 \(50^\circ C\) 時分解，\(100^\circ C\) 以上大量揮發並冒出亞硝酸黃煙，加熱至沸點時發生爆炸。微溶於水，可溶於丙酮、乙醚、苯、酒精等有機溶劑。硝化甘油的製備方法為甘油經硝酸與硫酸以 \(3:1\) 的體積比混合硝化製得。^[3]

圖一硝化甘油的製備（作者繪製）

硫酸的作用在於製造出被質子化的硝酸物質，並且此硝酸物質會被甘油的親核氧原子攻擊，接著便脫去一水分子且形成硝化甘油中重要的 \(C-O-NO_2\) 的官能基。此反應非常危險，在反應過程中會放出大量的熱使得產物揮發，且硝化甘油是感度極高的易爆物，受熱或者從桌面到地板的高度掉落便可以引爆硝化甘油，上述原因使得硝化甘油為不易製備和運送的產物。

圖二硝化甘油的分解反應（作者繪製）

硝化甘油的分解反應非常劇烈（圖二），會迅速釋放大量的氣體，所產生的氣體與起始物在同樣溫度壓力下，體積可超過起始物體積的 \(1200\) 倍，並因其釋放的速率之快而產生震波，爆炸產生的熱可使溫度達到 \(5,000^\circ C\)。^[4]由於硝化甘油爆炸產生的能量對釋放氣體莫爾數比遠高於許多炸藥，使得硝化甘油成為最炙手可熱的高爆炸藥之一。

硝化甘油除了是一種感度極高且威力強大的炸藥以外還有一項對人類貢獻良多的身分：心血管用藥。硝化甘油在藥物分類中歸屬於硝酸鹽類藥品。硝酸鹽類藥品的作用機制是在細胞粒腺體中被一種稱為醛脫氫酶(aldehyde dehydrogenase)的酵素轉化成一氧化氮(nitric oxide)，^[5]而一氧化氮便是有效的血管擴張劑(vasodilator)，藉此緩解某些心血管疾病所造成的症狀，例如由冠狀動脈阻塞或痙攣所導致的心絞痛。^[6]

參考文獻