Azodicarbonitril
chemische Verbindung
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Azodicarbonitril ist eine thermisch instabile Kohlenstoff-Stickstoff-Verbindung mit einem Stickstoffgehalt von 70 %, die den Stoffgruppen der Azoverbindungen sowie Nitrilen zugeordnet werden kann. Azodicarbonitril tritt mit der trans- und cis-Verbindung in zwei isomeren Formen auf.
| Strukturformel | |||||||
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| trans-Form (links) und cis-Form (rechts) | |||||||
| Allgemeines | |||||||
| Name | Azodicarbonitril | ||||||
| Andere Namen |
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| Summenformel | C2N4 | ||||||
| Kurzbeschreibung | |||||||
| Externe Identifikatoren/Datenbanken | |||||||
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| Eigenschaften | |||||||
| Molare Masse | 80,0884 g·mol−1 | ||||||
| Aggregatzustand |
fest | ||||||
| Schmelzpunkt | |||||||
| Dampfdruck | |||||||
| Löslichkeit |
löslich in Benzol, Acetonitril, Ethylacetat, Nitromethan[1] | ||||||
| Sicherheitshinweise | |||||||
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| Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen (0 °C, 1000 hPa). | |||||||
Darstellung und Gewinnung
Azodicarbonitril kann durch eine Gasphasenpyrolyse von Cyanazid bei 200 °C über das Cyanonitren als Intermediat und Stickstoffabspaltung hergestellt werden.[1][3]
![{\displaystyle {\mathrm {N} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}\mathrm {CN} {}\mathrel {\longrightarrow } {}\mathrm {NCN} {}+{}\mathrm {N} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}}}](http://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/36ea5ab0b24ce319f4063d2cd4b889d67ca80856)
![{\displaystyle {\mathrm {N} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}\mathrm {CN} {}+{}\mathrm {NCN} {}\mathrel {\longrightarrow } {}\mathrm {NC} {-}\mathrm {N} {=}\mathrm {N} {-}\mathrm {CN} {}+{}\mathrm {N} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}}}](http://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/1ffb81d93758a400f99e0af061c0d0ec78b88fe3)
Bei der Synthese entsteht ein Isomerengemisch.
Eine andere Synthese geht vom Cyanamid aus, welches bei −50 °C mittels Natriummethanolat in Methanol in das Natriumsalz überführt wird. Eine oxidative Umsetzung mit tert-Butylhypochlorit bei −50 °C ergibt intermediär das Natriumsalz des N-Chlorcyanamids[S 1]. Beim Aufheizen erfolgt im Temperaturbereich zwischen 0 °C und 10 °C unter Abspaltung von Natriumchlorid die Bildung von Cyanonitren, welches zur Zielverbindung dimerisiert.[2]
![{\displaystyle {\mathrm {H} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {N} {-}\mathrm {CN} {}+{}\mathrm {NaOCH} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}{}\mathrel {\longrightarrow } {}\mathrm {NaNH} {-}\mathrm {CN} {}+{}\mathrm {CH} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}\mathrm {OH} }}](http://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/1acfda3e64d87d9e72d562aafc49d2fa8efbd497)
![{\displaystyle {\mathrm {NaNH} {-}\mathrm {CN} {}+{}\mathrm {H} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{9}}\mathrm {C} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{4}}\mathrm {OCl} {}\mathrel {\longrightarrow } {}\mathrm {NaNCl} {-}\mathrm {CN} {}+{}\mathrm {C} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{4}}\mathrm {H} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{9}}\mathrm {OH} }}](http://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/e6b2f58df315706ccb348ee7f09df58bba039ea4)
Hier entsteht ebenfalls ein Isomerengemisch.
Eigenschaften
Azodicarbonitril ist eine kristalline, orangefarbene und flüchtige Substanz.[1] Die beobachteten Schmelzpunkte hängen von der Herstellmethode ab. Ein über Gasphasenpyrolyse hergestelltes Produkt schmilzt schon bei 35–37,5 °C.[1] Ein in Lösung aus Cyanamid gewonnenes Produkt schmilzt bei 50–55 °C.[2] Die Dampfdrücke liegen bei 0 °C etwa bei 8 mmHg, bei 10 °C bei 18 mmHg und bei 20 °C bei 40 mmHg.[3] Die Aufreinigung mittels Destillation wurde bei Temperaturen kleiner 0 °C und Drücken kleiner 1 Torr durchgeführt.[3] Azodicarbonitril kann bei mechanischer Belastung oder Erhitzen in geschlossenen Behältern detonieren.[1][5] Die Verbindung ist ohne Zersetzung in Benzol, Acetonitril, Ethylacetat, Nitromethan und 1,1,2-Trichlor-1,2,2-trifluorethan löslich. Die Lösungen in Wasser, Methanol und Diethylether sind nicht stabil.[1] Das 13C-NMR-Spektrum zeigt nur ein Signal bei 118,3 ppm.[2] Im IR-Spektrum sind die CN-Schwingung bei 2200 cm−1 und die NN-Schwingung bei 1650 cm−1 signifikant.[2] Untersuchungen mittels IR- und Raman-Spektroskopie ergaben, das die Verbindung in der trans-Form vorliegen muss.[6] Auch mit Hilfe von Gasphasenelektronenbeugungsmessungen wurde festgestellt, dass in der Gasphase im Wesentlichen das trans-Isomer vorliegt.[7] Der Bindungswinkel zwischen der Azo- und Cyanogruppe beträgt 113°. Die Cyanogruppe ist mit 172° nicht ganz linear zum Azostickstoff gebunden.[7]
Reaktionen
Azodicarbonitril reagiert glatt mit Dienen zu 4,5-Diazacyclohexenen.[1] Mit 2,3-Dimethylbutadien bildet sich durch eine [4+2]-Cyloaddition das 1,2-Dimethyl-4,5-dicyano-4,5-diazacyclohexen, mit Cyclopentadien das 5,6-Dicyano-5,6-diazabicyclo[2.2.1]hepten und mit Anthracen das 1,2,3,4-Tetrahydro-1,4-o-benzenophthalazin-2,3-dicarbonitril gebildet.[1]
