Nitroglicerina

Nitroglicerina (NG), (ortografía alternativa de nitroglicerina) también conocida como trinitroglicerina (TNG), nitro, trinitrato de glicerilo (GTN), o 1,2,3-trinitroxipropano, es un líquido denso e incoloro Líquido explosivo, aceitoso, más comúnmente producido por nitración de glicerol con ácido nítrico fumante blanco en condiciones apropiadas para la formación del éster de ácido nítrico. Químicamente, la sustancia es un compuesto de nitrato orgánico en lugar de un compuesto nitro, pero se conserva el nombre tradicional. Inventada en 1847 por Ascanio Sobrero, la nitroglicerina se ha utilizado desde entonces como ingrediente activo en la fabricación de explosivos, concretamente la dinamita, y como tal se emplea en las industrias de la construcción, demolición y minería. Desde la década de 1880, los militares lo han utilizado como ingrediente activo y gelatinizante para la nitrocelulosa en algunos propulsores sólidos como la cordita y la balistita. Es un componente importante en los propulsores sin humo de doble base que utilizan los cargadores. En combinación con nitrocelulosa, los cargadores de rifle, pistola y escopeta utilizan cientos de combinaciones de pólvora.

La nitroglicerina se ha utilizado durante más de 130 años en medicina como un potente vasodilatador (dilatación del sistema vascular) para tratar afecciones cardíacas, como la angina de pecho y la insuficiencia cardíaca crónica. Aunque anteriormente se sabía que estos efectos beneficiosos se deben a que la nitroglicerina se convierte en óxido nítrico, un potente venodilatador, recién en 2002 se descubrió que la enzima para esta conversión es la aldehído deshidrogenasa mitocondrial (ALDH2). La nitroglicerina está disponible en tabletas sublinguales, aerosoles, pomadas y parches.

Historia

La nitroglicerina fue el primer explosivo práctico producido que era más fuerte que la pólvora negra. Fue sintetizado por primera vez por el químico italiano Ascanio Sobrero en 1847, trabajando con Théophile-Jules Pelouze en la Universidad de Turín. Sobrero inicialmente llamó a su descubrimiento piroglicerina y advirtió enérgicamente contra su uso como explosivo.

Más tarde, Alfred Nobel adoptó la nitroglicerina como un explosivo comercialmente útil, quien experimentó con formas más seguras de manejar el compuesto peligroso después de que su hermano menor, Emil Oskar Nobel, y varios trabajadores de la fábrica murieran en una explosión en la sede de los Nobel. fábrica de armamento en 1864 en Heleneborg, Suecia.

La solicitud de patente de Alfred Nobel de 1864

Un año después, Nobel fundó Alfred Nobel and Company en Alemania y construyó una fábrica aislada en las colinas Krümmel de Geesthacht, cerca de Hamburgo. Este negocio exportaba una combinación líquida de nitroglicerina y pólvora llamada 'Bblasting Oil', pero era extremadamente inestable y difícil de manejar, como lo demuestran numerosas catástrofes. Los edificios de la fábrica Krümmel fueron destruidos dos veces.

En abril de 1866, se enviaron tres cajas de nitroglicerina a California para el Ferrocarril del Pacífico Central, que planeaba experimentar con ella como explosivo explosivo para acelerar la construcción del Túnel Summit de 506 m (1659 pies) de largo a través del Montañas de Sierra Nevada. Una de las cajas explotó, destruyendo una oficina de la compañía Wells Fargo en San Francisco y matando a 15 personas. Esto condujo a una prohibición total del transporte de nitroglicerina líquida en California. Por lo tanto, se requirió la fabricación en el sitio de nitroglicerina para la perforación y voladura de roca dura restante requerida para completar el primer ferrocarril transcontinental en América del Norte.

El día de Navidad de 1867, un intento de deshacerse de nueve botes de Blasting Oil que se habían almacenado ilegalmente en White Swan Inn en el centro de Newcastle Upon Tyne resultó en una explosión en Town Moor que mató a ocho personas. En junio de 1869, dos vagones de una tonelada cargados con nitroglicerina, entonces conocida localmente como Powder-Oil, explotaron en la carretera del pueblo de Cwm-y-glo, en el norte de Gales. La explosión provocó la pérdida de seis vidas, muchos heridos y muchos daños a la aldea. Poco rastro se encontró de los dos caballos. El gobierno del Reino Unido estaba tan alarmado por los daños causados y por lo que podría haber sucedido en un lugar de la ciudad (estas dos toneladas formaban parte de una carga más grande procedente de Alemania a través de Liverpool) que pronto aprobó la Ley de Nitro-Glicerina de 1869. La nitroglicerina líquida era ampliamente prohibido en otros lugares, también, y estas restricciones legales llevaron a Alfred Nobel y su compañía a desarrollar dinamita en 1867. Esto se hizo mezclando nitroglicerina con tierra de diatomeas ("Kieselguhr& #34; en alemán) encontrado en las colinas de Krümmel. Mezclas similares, como "dualine" (1867), "litofracturador" (1869) y "gelignita" (1875), se formaron mezclando nitroglicerina con otros absorbentes inertes, y otras compañías probaron muchas combinaciones en un intento de eludir las patentes de dinamita de Nobel.

Las mezclas de dinamita que contienen nitrocelulosa, que aumenta la viscosidad de la mezcla, se conocen comúnmente como "gelatinas".

Tras el descubrimiento de que el nitrito de amilo ayudaba a aliviar el dolor de pecho, el médico William Murrell experimentó con el uso de nitroglicerina para aliviar la angina de pecho y reducir la presión arterial. Comenzó a tratar a sus pacientes con pequeñas dosis diluidas de nitroglicerina en 1878, y este tratamiento pronto se generalizó después de que Murrell publicara sus resultados en la revista The Lancet en 1879. Unos meses antes de su muerte en En 1896, a Alfred Nobel se le recetó nitroglicerina para esta afección cardíaca y le escribió a un amigo: "¿No es una ironía del destino que me hayan recetado nitroglicerina para tomarla internamente?". Lo llaman Trinitrin, para no asustar al químico y al público." El establecimiento médico también usó el nombre "trinitrato de glicerilo" por la misma razón.

Tasas de producción en tiempos de guerra

Se fabricaron grandes cantidades de nitroglicerina durante la Primera Guerra Mundial y la Segunda Guerra Mundial para su uso como propulsores militares y en trabajos de ingeniería militar. Durante la Primera Guerra Mundial, HM Factory, Gretna, la fábrica de propulsores más grande del Reino Unido, produjo alrededor de 800 toneladas de cordita RDB por semana. Esta cantidad requería al menos 336 toneladas de nitroglicerina por semana (suponiendo que no haya pérdidas en la producción). La Royal Navy tenía su propia fábrica en Royal Navy Cordite Factory, Holton Heath, en Dorset, Inglaterra. También se construyó una gran fábrica de cordita en Canadá durante la Primera Guerra Mundial. La fábrica de cordita de Canadian Explosives Limited en Nobel, Ontario, fue diseñada para producir 1 500 000 lb (680 t) de cordita al mes, lo que requiere unas 286 toneladas de nitroglicerina al mes.

Inestabilidad y desensibilización

En su forma sin diluir, la nitroglicerina es un explosivo de contacto, con un impacto físico que hace que explote. Si no se ha purificado adecuadamente durante la fabricación, puede degradarse con el tiempo a formas aún más inestables. Esto hace que la nitroglicerina sea altamente peligrosa para transportar o usar. En su forma sin diluir, es uno de los explosivos más potentes del mundo, comparable a los RDX y PETN desarrollados más recientemente.

Al principio de su historia, se descubrió que la nitroglicerina líquida estaba "insensibilizada" congelándolo a una temperatura inferior a 45 a 55 °F (7 a 13 °C) dependiendo de su pureza. Su sensibilidad al impacto mientras está congelado es algo impredecible: "Es más insensible al impacto de un casquillo fulminante o una bala de rifle cuando está en esa condición, pero por otro lado parece ser más probable que explote al romperse, aplastarse"., apisonamiento, etc." La nitroglicerina congelada es mucho menos energética que la líquida, por lo que debe descongelarse antes de su uso. Descongelarlo puede ser extremadamente sensibilizante, especialmente si hay impurezas presentes o si el calentamiento es demasiado rápido. Se puede agregar dinitrato de etilenglicol u otro polinitrato para reducir el punto de fusión y así evitar la necesidad de descongelar el explosivo congelado.

Químicamente "desensibilizante" la nitroglicerina es posible hasta un punto en el que se puede considerar como "segura" como explosivos modernos, como por ejemplo mediante la adición de etanol, acetona o dinitrotolueno. Es posible que sea necesario extraer la nitroglicerina del producto químico desensibilizador para restaurar su eficacia antes de su uso, por ejemplo, agregando agua para extraer el etanol utilizado como desensibilizador.

Detonación

La velocidad de detonación de la nitroglicerina es de 7820 metros por segundo, que es aproximadamente el 113 % de la velocidad del TNT. En consecuencia, la nitroglicerina se considera un explosivo de alto brillo; es decir, tiene una excelente capacidad de destrucción. El calor liberado durante la detonación eleva la temperatura de los subproductos gaseosos a unos 5000 °C (9000 °F). Con una entalpía estándar de descomposición explosiva de −1414 kJ/mol y un peso molecular de 227,0865 g/mol, la nitroglicerina tiene una densidad de energía explosiva específica de 1,488 kilocalorías por gramo, o 6,23 kJ/g, lo que hace que la nitroglicerina sea un 49 % más energética en un en masa que el valor de definición estándar asignado a TNT (precisamente 1 kcal/g).

Fabricación

La nitroglicerina se puede producir mediante nitración de glicerol (glicerina) catalizada por ácido.

Sintesis de nitroglicerina:

El proceso de fabricación industrial suele hacer reaccionar el glicerol con una mezcla casi 1:1 de ácido sulfúrico concentrado y ácido nítrico concentrado. Esto se puede producir mezclando ácido nítrico fumante blanco, un ácido nítrico puro bastante caro en el que se han eliminado los óxidos de nitrógeno, a diferencia del ácido nítrico fumante rojo, que contiene óxidos de nitrógeno, y ácido sulfúrico concentrado. Más a menudo, esta mezcla se logra mediante el método más económico de mezclar ácido sulfúrico fumante, también conocido como oleum (ácido sulfúrico que contiene un exceso de trióxido de azufre) y ácido nítrico azeotrópico (que consiste en aproximadamente un 70 % de ácido nítrico, siendo el resto agua).

El ácido sulfúrico produce especies de ácido nítrico protonadas, que son atacadas por los átomos de oxígeno nucleofílico del glicerol. El grupo nitro se añade así como un éster C−O−NO₂ y se produce agua. Esto es diferente de una reacción de sustitución aromática electrófila en la que los iones de nitronio son el electrófilo.

La adición de glicerol da como resultado una reacción exotérmica (es decir, se produce calor), como es habitual en las nitraciones de ácido mixto. Si la mezcla se calienta demasiado, se produce una reacción descontrolada, un estado de nitración acelerada acompañado de la oxidación destructiva de materiales orgánicos por el ácido nítrico caliente y la liberación de gas venenoso de dióxido de nitrógeno con alto riesgo de explosión. Por tanto, la mezcla de glicerina se añade lentamente al recipiente de reacción que contiene el ácido mixto (no ácido para la glicerina). El nitrador se enfría con agua fría o alguna otra mezcla refrigerante y se mantiene durante la adición de glicerina a unos 22 °C (72 °F), lo suficientemente caliente para que la esterificación ocurra a un ritmo rápido pero lo suficientemente frío para evitar una reacción desbocada. El recipiente de nitrato, a menudo construido de hierro o plomo y generalmente agitado con aire comprimido, tiene una trampilla de emergencia en su base, que cuelga sobre una gran piscina de agua muy fría y en la que se puede verter toda la mezcla de reacción (llamada carga). vertido para evitar una explosión, un proceso denominado ahogamiento. Si la temperatura de la carga supera los 30 °C (86 °F) (el valor real varía según el país) o se ven humos marrones en la ventilación del nitrador, entonces se ahoga de inmediato.

Uso como explosivo y propulsor

El principal uso de la nitroglicerina, por tonelaje, es en explosivos como la dinamita y en propulsores.

La nitroglicerina es un líquido aceitoso que puede explotar cuando se somete a calor, golpes o llamas.

Alfred Nobel desarrolló el uso de la nitroglicerina como explosivo explosivo al mezclar nitroglicerina con absorbentes inertes, particularmente "Kieselgur", o tierra de diatomeas. Llamó a este explosivo dinamita y lo patentó en 1867. Se suministraba listo para usar en forma de palos, envueltos individualmente en papel impermeable engrasado. La dinamita y explosivos similares fueron ampliamente adoptados para tareas de ingeniería civil, como la perforación de túneles de carreteras y ferrocarriles, para minería, para limpiar tierras de cultivo de tocones, en canteras y en trabajos de demolición. Asimismo, los ingenieros militares han utilizado dinamita para trabajos de construcción y demolición.

La nitroglicerina también se usó como ingrediente en propulsores militares para usar en armas de fuego.

La nitroglicerina se ha utilizado junto con la fracturación hidráulica, un proceso utilizado para recuperar petróleo y gas de las formaciones de esquisto. La técnica implica el desplazamiento y la detonación de nitroglicerina en sistemas de fracturas naturales o inducidas hidráulicamente, o el desplazamiento y la detonación de nitroglicerina en fracturas inducidas hidráulicamente, seguido de disparos en pozos utilizando TNT peletizado.

La nitroglicerina tiene la ventaja sobre otros explosivos de alta potencia de que, al detonar, prácticamente no produce humo visible. Por lo tanto, es útil como ingrediente en la formulación de varios tipos de pólvora sin humo.

Su sensibilidad ha limitado la utilidad de la nitroglicerina como explosivo militar, y los explosivos menos sensibles como TNT, RDX y HMX la han reemplazado en gran medida en las municiones. Sigue siendo importante en la ingeniería militar y los ingenieros de combate todavía usan dinamita.

Luego, Alfred Nobel desarrolló la balistita mediante la combinación de nitroglicerina y pólvora. Lo patentó en 1887. Varios gobiernos europeos adoptaron la balistita como propulsor militar. Italia fue la primera en adoptarlo. En su lugar, el gobierno británico y los gobiernos de la Commonwealth adoptaron la cordita, que había sido desarrollada por Sir Frederick Abel y Sir James Dewar del Reino Unido en 1889. La Cordite Mk I original constaba de un 58 % de nitroglicerina, un 37 % de algodón pólvora y un 5,0 % de vaselina.. Tanto la balistita como la cordita se fabricaban en forma de "cuerdas".

La pólvora sin humo se desarrolló originalmente utilizando nitrocelulosa como único ingrediente explosivo. Por lo tanto, se los conocía como propulsores de base única. También se desarrolló una gama de pólvoras sin humo que contienen nitrocelulosa y nitroglicerina, conocidas como propulsores de doble base. Los polvos sin humo se suministraron originalmente solo para uso militar, pero también se desarrollaron pronto para uso civil y se adoptaron rápidamente para los deportes. Algunos son conocidos como polvos deportivos. Los propulsores de triple base contienen nitrocelulosa, nitroglicerina y nitroguanidina, pero se reservan principalmente para cartuchos de munición de muy alto calibre, como los que se utilizan en los cañones de los tanques y la artillería naval. La gelatina explosiva, también conocida como gelignita, fue inventada por Nobel en 1875, utilizando nitroglicerina, pulpa de madera y nitrato de sodio o potasio. Este fue un explosivo temprano, flexible y de bajo costo.

Uso médico

La nitroglicerina pertenece a un grupo de medicamentos llamados nitratos, que incluye muchos otros nitratos como el dinitrato de isosorbida (Isordil) y el mononitrato de isosorbida (Imdur, Ismo, Monoket). Todos estos agentes ejercen su efecto al ser convertidos en óxido nítrico en el cuerpo por la aldehído deshidrogenasa mitocondrial (ALDH2), y el óxido nítrico es un potente vasodilatador natural.

Nitroglicerina en tres formas diferentes: spray intravenoso, sublingual y parche de nitroglicerina.

En medicina, es probable que la nitroglicerina se prescriba más comúnmente para la angina de pecho, un síntoma doloroso de la cardiopatía isquémica causada por un flujo inadecuado de sangre y oxígeno al corazón y como un potente agente antihipertensivo. La nitroglicerina corrige el desequilibrio entre el flujo de oxígeno y sangre al corazón y la demanda de energía del corazón. Hay multitud de formulaciones en el mercado a diferentes dosis. En dosis bajas, la nitroglicerina dilata las venas más que las arterias, lo que reduce la precarga (volumen de sangre en el corazón después del llenado); se cree que este es su principal mecanismo de acción. Al disminuir la precarga, el corazón tiene menos sangre para bombear, lo que disminuye el requerimiento de oxígeno ya que el corazón no tiene que trabajar tanto. Además, tener una precarga más pequeña reduce la presión transmural ventricular (presión ejercida sobre las paredes del corazón), lo que disminuye la compresión de las arterias del corazón para permitir que fluya más sangre a través del corazón. En dosis más altas, también dilata las arterias, reduciendo así la poscarga (disminuyendo la presión contra la cual debe bombear el corazón). Una relación mejorada entre la demanda de oxígeno del miocardio y el suministro conduce a los siguientes efectos terapéuticos durante los episodios de angina de pecho: disminución del dolor torácico, disminución de la presión arterial, aumento de la frecuencia cardíaca e hipotensión ortostática. Los pacientes que experimentan angina cuando realizan ciertas actividades físicas a menudo pueden prevenir los síntomas tomando nitroglicerina de 5 a 10 minutos antes de la actividad. Las sobredosis pueden generar metahemoglobinemia.

La nitroglicerina está disponible en tabletas, ungüentos, soluciones para uso intravenoso, parches transdérmicos o aerosoles administrados por vía sublingual. Algunas formas de nitroglicerina duran mucho más en el cuerpo que otras. La nitroglicerina, así como el inicio y la duración de la acción de cada forma, es diferente. El aerosol sublingual o comprimido de nitroglicerina tiene un inicio de acción de dos minutos y una duración de acción de veinticinco minutos. La formulación oral de nitroglicerina tiene un inicio de acción de treinta y cinco minutos y una duración de acción de 4 a 8 horas. El parche transdérmico tiene un inicio de treinta minutos y una duración de acción de diez a doce horas. Se ha demostrado que la exposición continua a los nitratos hace que el cuerpo deje de responder normalmente a este medicamento. Los expertos recomiendan quitar los parches por la noche, lo que permite que el cuerpo recupere su capacidad de respuesta a los nitratos durante unas horas. Las preparaciones de nitroglicerina de acción más corta se pueden usar varias veces al día con menos riesgo de desarrollar tolerancia. La nitroglicerina fue utilizada por primera vez por William Murrell para tratar los ataques de angina en 1878, y el descubrimiento se publicó ese mismo año.

Exposición industrial

La exposición poco frecuente a altas dosis de nitroglicerina puede causar fuertes dolores de cabeza conocidos como "cabeza NG" o "golpear la cabeza". Estos dolores de cabeza pueden ser lo suficientemente graves como para incapacitar a algunas personas; sin embargo, los humanos desarrollan tolerancia y dependencia de la nitroglicerina después de una exposición prolongada. Aunque es raro, la abstinencia puede ser fatal. Los síntomas de abstinencia incluyen dolor en el pecho y otros problemas cardíacos. Estos síntomas pueden aliviarse con una nueva exposición a la nitroglicerina u otros nitratos orgánicos adecuados.

Para los trabajadores de las instalaciones de fabricación de nitroglicerina (NTG), los efectos de la abstinencia a veces incluyen "ataques cardíacos en domingo" en aquellos que experimentan una exposición regular a la nitroglicerina en el lugar de trabajo, lo que lleva al desarrollo de tolerancia a los efectos venodilatantes. Durante el fin de semana, los trabajadores pierden la tolerancia, y cuando se vuelven a exponer el lunes, la vasodilatación drástica produce un ritmo cardíaco acelerado, mareos y dolor de cabeza. Esto se conoce como "enfermedad del lunes".

Las personas pueden estar expuestas a la nitroglicerina en el lugar de trabajo al inhalarla, absorberla por la piel, tragarla o tener contacto con los ojos. La Administración de Salud y Seguridad Ocupacional ha establecido el límite legal (límite de exposición permisible) para la exposición a la nitroglicerina en el lugar de trabajo en 0,2 ppm (2 mg/m³) de exposición cutánea durante una jornada laboral de 8 horas. El Instituto Nacional para la Seguridad y Salud Ocupacional ha establecido un límite de exposición recomendado de 0,1 mg/m³ de exposición cutánea durante una jornada laboral de 8 horas. A niveles de 75 mg/m³, la nitroglicerina es inmediatamente peligrosa para la vida y la salud.