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三过氧化三丙酮

三过氧化三丙酮（英语：Triacetone triperoxide，简称TATP）或过氧化三环丙酮，俗称撒旦之母，是一种有机过氧化物起爆药及二甲基过氧化酮的闭环三聚体，起爆力介于雷汞与叠氮化铅之间。嗅若丙酮的白色细腻晶体，不溶于水，但溶于氯仿等有机溶剂。

三过氧化三丙酮
Acetone peroxide trimer
IUPAC名
3,3-Dimethyl-1,2-dioxacyclopropane
（单体）
3,3,6,6-Tetramethyl-1,2,4,5-tetraoxacyclohexane
（二聚体）
3,3,6,6,9,9-Hexamethyl-1,2,4,
5,7,8-hexaoxacyclononane
（三聚体）
3,3,6,6,9,9,12,12-Octamethyl-1,2,4,
5,7,8,10,11-octaoxacyclododecane
（四聚体）
别名 过氧化三环丙酮
识别
CAS号 17088-37-8  checkY
PubChem 536100
ChemSpider 3582942
SMILES
 
  • CC1(C)OOC(C)(C)OO1（二聚体）
    CC1(C)OOC(C)(C)OOC(C)(C)OO1（三聚体）
InChI
 
  • 1/C9H18O6/c1-7(2)10-12-8(3,4)14-15-9(5,6)13-11-7/h1-6H3
InChIKey ZTLXICJMNFREPA-UHFFFAOYAS
性质
化学式 C6H12O4（二聚体）
C9H18O6（三聚体）
摩尔质量 148.157 g/mol（二聚体）
222.24 g/mol（三聚体） g·mol⁻¹
外观 白色晶体
熔点 91 °C（364 K）
沸点 97-160 °C（370-433 K）
溶解性（水） 不溶于水
危险性
主要危害 爆炸性
爆炸性
撞击感度 高 / 潮湿时适中
摩擦感度 高 / 潮湿时适中
爆速 6168 m/s（1.272g·cm-3）
17,384 ft/s
3.29 英里每秒
相对当量系数 0.83
若非注明，所有数据均出自标准状态（25 ℃，100 kPa）下。

曾考虑用作雷管装药，但因其易于升华的特性（于室温放置两周，质量损失可达66%[1]）兼高机械感度，在商业与军事上并未得到广泛应用。

作为一种不含氮元素的爆炸物，TATP可以欺骗过时的安检措施。TATP被认为曾用作多起黑社会活动及恐怖袭击的爆炸物，如伦敦地铁爆炸案[2][3]、2015年11月巴黎袭击事件[4]和2016年布鲁塞尔连环爆炸案[5][6]由于制作原料极容易得到，即使在对爆炸品作严格管制的地方亦能够合成。TATP感度极高，轻微摩擦、碰撞都可能引起爆炸，因此在非专业人士及低品质安全管控的情况下合成，非常容易发生意外。[7]

历史

TATP于1895年由德国化学家Richard Wolfenstein发现[8]，他是第一个用无机酸作催化剂的化学家，也是第一个因用过氧化氢合成炸药而获得专利的研究者[来源请求]。

1899年，阿道夫·冯·拜尔与维克多·维立格（英语：Victor Villiger）报导由拜耳－维立格氧化反应制备二聚及多聚过氧化丙酮[9]。20世纪中，基于上述方案，Milas与Golubović对此作了进一步研究[10]。

制备方法

丙酮与过氧化氢混合后加入酸性催化剂催化（如HCl）生成三过氧化三丙酮沉淀。

化学性质

丙酮过氧化物通常代指它的闭环三聚体tri-cyclic acetone peroxide（TCAP，过氧化三环丙酮）。多通过双氧水与丙酮于酸性条件下的亲核加成制备——此时产物以TCAP为主，伴生有AP单体(C3H8O4)、开环(C6H14O4)及闭环二聚体(C6H12O4)。滤得产物后以冰水洗涤至中性，经丙酮重结晶即得纯品。

 
TATP的合成。

通过改变反应条件和催化剂浓度，主产物亦发生改变[11]——例如以锡盐为催化剂时，产物将以闭环四聚体tetrameric acetone peroxide为主[12]；在中性条件下，反应以AP为主产物。

 
四聚过氧化丙酮。

受化学键间巨大的角张力影响，AP的单体及二聚体远不如其三聚体性质稳定。

TATP受强热即发生爆炸性分解。燃烧时的反应为：

2 C9H18O6 + 21 O2 → 18 H2O + 18 CO2

当TATP遭受强烈冲击时，则发生被称为熵爆炸（entropic explosion）的剧烈分解，此时反应产物主要为丙酮和氧气[13]，且仅释放出极少的热量[13]：

C9H18O6 → O3 + 3C3H6O(丙酮)
2 C9H18O6 → 3O2 + 6 C3H6O(丙酮)

约两克以下的TATP在开放条件下可以燃烧，两克以上的TATP通常会爆炸，较小质量会在轻微密闭的条件下爆炸。完全干燥的TATP比新制的，还含有丙酮和水的更容易爆炸[来源请求]。

工业应用

涵括过氧化甲乙酮、过氧化苯甲酰和TATP在内的有机过氧化物可用作树脂生产中聚合反应的引发剂——通常将它们以稀溶液的形式加入有机介质中。出于安定性考虑，前二者的应用较TATP更为频繁。

TATP与过氧化苯甲酰亦用于漂白面粉并改善其口感[14]。

工业上常通过调升pH值，调整反应体系温度而减少TATP的产生[15]。在诸如生产苯酚的工艺流程中，作为副产物产生的TATP可能会带来潜在的安全风险。

事件

2005年7月7日08:50至09:47的伦敦地铁爆炸案中，恐怖分子使用的炸药以三过氧化三丙酮为原料，其原理是它在爆炸时并不会产生任何火焰。因为只需很少的能量就可引发炸药爆炸。且这个过程并非氧化反应而是一个分解过程。在这个过程中，TATP分子释放出丙酮，使联在一起的氧原子散开，形成氧气和臭氧。这个过程释放出的能量足可使另一个分子发生化学反应，维持了反应的连续发生。新增的氧气和产生的热力也会令三过氧化三丙酮燃烧，产生更多气体，这就是TATP会发生爆炸的原因。在不到一秒钟内，仅几百克的TATP就可产生成百上千升气体而引起爆炸，造成52人死亡。

2009年3月28日，观塘云汉街一个单位发生炸弹爆炸，就读于香港左派学校的一名香岛中学学生在制作爆炸品时受伤，手指亦被炸断[16]，香港警察接报调查发现共有三个香岛中学学生涉案，爆炸品处理课于3月29日在其中一个香岛中学学生居住的长沙湾顺宁道政府公务员宿舍五楼，起出一批恐怖份子常用的三过氧化三丙酮（TATP炸药）[17]，虽然这三个香岛中学学生因为非法制作及藏有爆炸品被捕，罪行严重，但这宗炸弹爆炸案的刑事起诉却没有下文。

2021年7月5日，香港警察于尖沙咀一间宾馆中搜出三过氧化三丙酮。事件造成年龄介乎15至39岁的5男4女，以涉嫌违反港区国安法第24条“串谋策划使用炸弹、意图造成社会危害活动罪”被捕，无人伤亡。

参考文献

  1. ^ Viacheslav Egorshev, Valery Sinditskii, Sergei Smirnov, et al. A comparative study on cyclic acetone peroxides[C]//New Trends in Research of Energetic Materials. Czech Republic, 2009: 113 – 123.
  2. ^ Naughton P. TATP is suicide bombers' weapon of choice. The Times (UK). 2005-07-15. （原始内容存档于2008-02-10）. 
  3. ^ Vince G. Explosives linked to London bombings identified. New Scientist. 15 July 2005 [2016-05-03]. （原始内容存档于2016-04-13）. 
  4. ^ Callimachi R, Rubin AJ, Fourquet L. A View of ISIS’s Evolution in New Details of Paris Attacks. The New York Times. 2016-03-19 [2016-05-03]. （原始内容存档于2016-05-16）. 
  5. ^ "La mère de Satan" ou TATP, l'explosif préféré de l'EI ["Mother of Satan " or TATP , the preferred explosive of IE]. LeVif.be Express. （原始内容存档于2016-04-28） （法语）. 
  6. ^ 【馬鞍山TATP】明愛學生示威獲取炸藥帶回校　O記七月曾破TATP倉. 2019-11-27 [2019-11-29]. （原始内容存档于2021-07-11）. 
  7. ^ Pachman, Jiri; Matyáš, Robert. Study of TATP: Stability of TATP solutions. Forensic Science International. 2011-04, 207 (1-3): 212–214. ISSN 0379-0738. doi:10.1016/j.forsciint.2010.10.010. 
  8. ^ * Wolffenstein R. Über die Einwirkung von Wasserstoffsuperoxyd auf Aceton und Mesityloxyd [On the effect of hydrogen peroxide on acetone and mesityl oxide]. Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft. 1895, 28 (2): 2265–2269 [2016-05-03]. doi:10.1002/cber.189502802208. （原始内容存档于2016-06-01） （德语）. ; Wolfenstein R (1895) Deutsches Reich Patent 84,953; Matyáš R, Pachman J. Primary Explosives. Berlin: Springer. 2013: 262. ISBN 978-3-642-28436-6. 
  9. ^ Baeyer A, Villiger V. Über die Einwirkung des Caro'schen Reagens auf Ketone [On the effect of Caro's reagent on ketones]. Berichte der deutschen chemischen Gesellschaft. 1900, 33 (1): 858–864 [2016-05-03]. doi:10.1002/cber.190003301153. （原始内容存档于2016-06-01）. ;[需要非第一手来源] See also Baeyer A, Villiger V. Über die Nomenclatur der Superoxyde und die Superoxyde der Aldehyde [On the nomenclature of peroxides and the peroxide of aldehyde]. Berichte der deutschen chemischen Gesellschaft. 1900, 33 (2): 2479–2487 [2016-05-03]. doi:10.1002/cber.190003302185. （原始内容存档于2016-06-01）. 
  10. ^ Milas NA, Golubović A. Studies in Organic Peroxides. XXVI. Organic Peroxides Derived from Acetone and Hydrogen Peroxide. Journal of the American Chemical Society. 1959, 81 (24): 6461–6462. doi:10.1021/ja01533a033. 
  11. ^ Matyás R, Pachman J. Study of TATP: Influence of reaction conditions on product composition[J]. Propellants, Explosives, Pyrotechnics, 2010, 35(1): 31–37.
  12. ^ Jiang H, Chu G, Gong H, Qiao Q. Tin Chloride Catalysed Oxidation of Acetone with Hydrogen Peroxide to Tetrameric Acetone Peroxide. Journal of Chemical Research. 1999, 28 (4): 288–289. doi:10.1039/a809955c. 
  13. ^ 13.0 13.1 Dubnikova F, Kosloff R, Almog J, Zeiri Y, Boese R, Itzhaky H, Alt A, Keinan E. Decomposition of triacetone triperoxide is an entropic explosion (PDF). Journal of the American Chemical Society. Feb 2005, 127 (4): 1146–59 [2016-05-03]. PMID 15669854. doi:10.1021/ja0464903. （原始内容 (PDF)存档于2006-08-30）. 
  14. ^ Ferrari CG, Higashiuchi K, Podliska JA. Flour Maturing and Bleaching with Acyclic Acetone Peroxides (PDF). Cereal Chemistry. 1963, 40: 89–100 [2016-05-03]. （原始内容存档 (PDF)于2017-02-20）. 
  15. ^ Costantini, Michel (1991-03-26) Destruction of acetone peroxide （页面存档备份，存于互联网档案馆）. United States Patent 5003109. Freepatentsonline.com. Retrieved on 2013-02-03.[需要非第一手来源]
  16. ^ 爆炸案學生承諾不再接觸危險品. 星岛日报. 2009-03-30. （原始内容存档于2024-01-09）. 
  17. ^ 一旦罪成或會判監 (PDF). 大公报. 2009-03-29. （原始内容存档 (PDF)于2024-01-09）. 

外部链接

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