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Analytik von Rüstungsaltlasten

Strukturisomere des Nitrotoluols

Die Herstellung von TNT durch Nitrierung von Toluol führt im ersten Schritt zur Bildung von Nitrotoluol. Dabei entsteht ein Gemisch aus 2-, 3,- und 4-Nitrotoluol (ca. 55 %:3 %:40 %). Diese drei Struktur-Isomere unterscheiden sich in ihren Eigenschaften nur geringfügig.

Abb.1

Nitrotoluole sind gelblich-transparente, ölige Flüssigkeiten mit aromatischem Geruch. Sie wirken sowohl als Reduktions- als auch als Oxidationsmittel und können sich bei thermischer Belastung explosiv zersetzen, wobei nitrose Gase freigesetzt werden. Nitrotoluole sind giftig. Beim Einatmen, Verschlucken und Berühren mit der Haut treten Übelkeit, Erbrechen, Kopfschmerzen, Bewußtlosigkeit und Lähmungen auf. Die blutschädigende Wirkung (Umwandlung des Hämoglobins), die für die Mehrheit der Explosivstoff-relevanten Verbindungen zutrifft, ist geringer als die des TNT. Da sich vor allem die 2-Nitrotoluole im Tierversuch als krebserzeugend erwiesen, sollten die Nitrotoluole auch als krebserzeugend für den Menschen angesehen werden.

Bei der TNT-Herstellung erfolgte eine Reinigung des Nitrotoluol-Vorproduktes vor der weiteren Nitrierung zum Dinitrotoluol. Dabei gelangte das toxische Nitrotoluol ins Waschwasser und belastete somit die Fabrikationsabwässer. Durch die ehemaligen Entsorgungspraktiken ist beispielsweise im Bereich der Schluckbrunnen mit einer Nitrotoluol-Kontamination des Bodens (und in Folge auch des Grundwassers) zu rechnen.

Strukturaufklärung

Tab.1
Strukturaufklärung
MethodeStrukturaussagen
MassenspektrometrieGleiche Massenzahl des Molekül-Ions (gleiche Molmasse) Gleiches Intensitätsverhältnis von Molekülionen- und Isotopen-Peak, da gleiche Zahl der C-Atome Fragment-Ionen mit gleichen und unterschiedlichen Massenzahlen: Bildung gleicher Fragmente (z.B. NO- und NO2-Radikale), da gleiche Fragmentierungsreaktionen und Bildung unterschiedlicher Fragmente (z.B. OH-Radikal bei o-Nitrotoluol)
NMR-Spektroskopie( 1H-und 13C-NMR) Unterschiede in der Anzahl der Signale, da die Zahl der chemisch und magnetisch äquivalenten C- und H-Atome verschieden ist Ähnliche chemische Verschiebungen der Signale, da gleiche Strukturelemente vorhanden sind Unterschiede in der Signalaufspaltung durch unterschiedliche Kopplungen mit benachbarten H-Atomen
IR-SpektroskopieRaman-Spektroskopie Schwingungen weisen auf gleiche funktionelle Gruppen hin Unterschiede in der Lage der Ringschwingungen
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