Nitroglycerin: Trinitroglycerin - Salpetersäureester des Glycerins

Trivialname für Glyceroltrinitrat, bzw. Glycerintrinitrat, oder auch Trisalpetersäureglycerinester. Es handelt sich um einen sehr bekannten Explosivstoff, welcher in Form von Dynamit als Sprengstoff eingesetzt wird. 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.

Strukturformel
Allgemeines
Name	Nitroglycerin
Andere Namen	Propan-1,2,3-triyltrinitrat (IUPAC) Propan-1,2,3-trioltrinitrat Glyceryltrinitrat Glycerintrinitrat Glyceroltrinitrat Trisalpetersäureglycerinester Trisalpetersäurepropan-1,2,3-triolester „Nobels Sprengöl“ NGL Blasting oil Glycerinum trinitricum Trinitroglycerol
Summenformel	C3H5N3O9
Kurzbeschreibung	gelbliche, ölige Flüssigkeit
Externe Identifikatoren/Datenbanken
CAS-Nummer 55-63-0 EG-Nummer 200-240-8 ECHA-InfoCard 100.000.219 PubChem 4510 DrugBank DB00727 Wikidata Q162867
Arzneistoffangaben
ATC-Code	C01DA02 C05AE01
Wirkstoffklasse	Vasodilatator
Eigenschaften
Molare Masse	227,09 g·mol−1
Aggregatzustand	flüssig
Dichte	1,59 g·cm−3 (20 °C)
Schmelzpunkt	13,5 °C (rhombisch, stabil) 2,8 °C (triklin, labil)
Siedepunkt	160 °C (20 hPa)
Dampfdruck	0,5 Pa (30 °C)
Löslichkeit	schlecht in Wasser
Brechungsindex	1,4786 (12 °C)
Sicherheitshinweise
Bitte die Befreiung von der Kennzeichnungspflicht für Arzneimittel, Medizinprodukte, Kosmetika, Lebensmittel und Futtermittel beachten GHS-Gefahrstoffkennzeichnung aus Verordnung (EG) Nr. 1272/2008 (CLP), ggf. erweitert Gefahr H- und P-Sätze H: 200​‐​330​‐​310​‐​300​‐​373​‐​411 P: 201​‐​202​‐​260​‐​262​‐​264​‐​270​‐​271​‐​273​‐​280​‐​281​‐​284​‐​301+310​‐​302+350​‐​304+340- 310​‐​314​‐​320​‐​321​‐​322​‐​330​‐​361​‐​363​‐​372​‐​373​‐​380​‐​391​‐​401​‐​403+233​‐​405​‐​501
MAK	0,094 mg·m−3 Schweiz: 0,01 ml·m−3 bzw. 0,094 mg·m−3
Toxikologische Daten	1450 mg·kg−1 (LD50, Meer­schweinchen, oral) 115 mg·kg−1 (LD50, Maus, oral) 105 mg·kg−1 (LD50, Ratte, oral) 8 μg·kg−1 (TDLo, Frau, oral)
Thermodynamische Eigenschaften
ΔHf0	−370,9 kJ/mol
Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen. Brechungsindex: Na-D-Linie, 20 °C

Die geläufige Bezeichnung „Nitroglycerin“ ist gemäß der lange nach seiner Benennung ausgearbeiteten systematischen IUPAC-Nomenklatur irreführend, da das Präfix Nitro- auf eine Kohlenstoff-gebundene NO₂-Gruppe hinweist. Im Glyceroltrinitrat jedoch ist der Alkylrest über je ein überbrückendes Sauerstoffatom an je ein Stickstoffatom gebunden, weswegen es sich um einen Trisalpetersäureester handelt. „Glycerin“ ist der veraltete bzw. Trivialname für „Glycerol“, da es sich bei diesem um einen Alkohol handelt, für welche die Endung -ol zu verwenden ist.

Noch exakter als Glyceroltrinitrat wäre demnach die Bezeichnung Glyceroltris(nitrat), wobei das Präfix tris darauf hinweist, dass es sich bei dem Säurerest nicht um ein Kondensat aus drei Molekülen HNO₃ handelt, sondern dreimal mit je einem Molekül verestert wurde. Ferner wäre noch der systematische Name für Glycerol, Propan-1,2,3-triol, möglich, somit die Bezeichnung Propantrioltrinitrat ebenfalls korrekt.

 

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. Diese von der Firma Pohl-Boskamp produzierte Zerbeißkapsel ist bis heute im Handel.

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 Glycerintrinitrat (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 weiterer Gefahrenquellen – wie der Nitriersäure und deren hoch toxischer ‚nitroser Gase‘ (Stickstoffdioxide) –, keinesfalls zu unterschätzen. Da Glycerintrinitrat 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.

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.

• Art: Sekundärsprengstoff
• Explosionswärme: 6,264 kJ·g⁻¹ (27,58 J/mol)
• Detonationsgeschwindigkeit: 6700–8500 m/s (7600 m/s (Dichte: 1,599 g/cm³))
• Bleiblockausbauchung: 52 cm³/g
• Schlagempfindlichkeit: 0,2 J (2 kg Fallhammerversuch aus 1 cm Höhe)
• Reibempfindlichkeit: bis 350 N Stiftbelastung keine Reaktion
• Grenzdurchmesser Stahlhülsentest: 24 mm

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.

Sprengstoff

Glycerintrinitrat wird als Sprengstoff verwendet. Wegen der starken Stoß- und Erschütterungsempfindlichkeit ist die Handhabung allerdings 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. 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.

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 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.

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.

Nebenwirkungen

Zu den Nebenwirkungen des Mittels zählen eine Erhöhung des intrakraniellen Drucks, eine mögliche Reflextachykardie sowie Kopfschmerzen, Erröten und ein Hitzegefühl.

Kontraindikation

Nitroglycerin darf nicht zusammen mit Phosphodiesterase-Hemmer, wie beispielsweise Sildenafil (Viagra), eingenommen werden.

Sprengstofferkennung

Die Kapseln wiegen z. B. 357,0 mg, davon 0,8 mg Nitroglycerin. Salben einhalten z. B. 0,4 % Massenanteil Nitroglycerin. Der Wirkstoff ist in fette Öle und/oder andere Hilfsstoffe eingebunden.

Die Medikamente können nicht explodieren und auch große Mengen können nicht als Sprengstoff verwendet werden.

Bei der Einnahme bzw. Anwendung können Rückstände an den Fingern verbleiben und dann weitere Gegenstände kontaminieren. Die Kontamination kann bei Sicherheitskontrollen den Bombenalarm auslösen.

Insbesondere beim Einsatz von Salben kann u. a. deshalb ein Fingerschutz zu empfehlen sein.

Monopräparate

Corangin Nitrospray (D), Deponit (D, A, CH), Glytrin (A), Minitran^TM (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).

• 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.

• Mitschnitt einer Vorlesung an der Universität Tübingen mit Vorführung von Versuchen zu Glycerintrinitrat, Experimentalchemie II, Sommersemester 2002 (46. Stunde)