Нитроглицерин

Нитроглицерин впервые был получен талантливым итальянским химиком Асканио Собреро в 1847 году в Турине. Первоначально новое вещество было названо «пироглицерином». Перед открытием нитроглицерина ученый получил ряд взрывчатых эфиров азотной кислоты из лактозы, сахарозы и некоторых других веществ.

Собреро установил, что при смешении двух объемов концентрированной серной кислоты и одного объема концентрированной азотной кислоты и последующем вливании их в глицерин, начинает происходить бурная реакция, но образование продукта не происходит. Азотная кислота окисляет глицерин, тем самым разрушая его.

Но если смесь серной и азотной кислоты хорошо охладить и добавлять при перемешивании небольшие порции глицерина, начинает происходить совершенно другой процесс. Азотная кислота и глицерин вступают в реакцию этерификации. По окончанию реакции ученый вылил смесь в воду, в результате чего кислоты растворились, а на дне в виде тяжелой желтой жидкости, похожей на оливковое масло, собрался нитроглицерин.

Нитроглицерин мало растворим в воде, поэтому его можно промывать водой от остатков кислот практически без потерь. Это следует сделать, так как следы кислот сильно нарушают стабильность вещества при хранении, в результате чего нитроглицерин может взорваться.

Позднее выяснилось, что нитроглицерин не обладает запахом и имеет сладковато жгучий вкус. В 1847 году Собреро выступил со своей знаменитой лекцией в Туринской академии наук, где продемонстрировал способность к взрыву небольшого количества вновь синтезированного вещества. Также ученый сравнивал его с «гремучим хлопком» -- в то время так называли нитроцеллюлозу. Сильные взрывчатые свойства нитроглицерина в то время казались очень привлекательными, так как в течение нескольких веков практически единственным взрывчатым веществом был черный порох. Нитроглицерин мог бы компенсировать такие недостатки черного пороха, как: низкая скорость горения, недостаточная взрывная сила, большое количество твердых продуктов горения, недостаточная надежность; но из-за больших трудностей, связанных с его получением и хранением, о нитроглицерине почти забыли, используя лишь как лекарство в виде очень разбавленного спиртового раствора.

Дальнейшая история нитроглицерина тесно связана с именем всемирно известного шведского химика, физика, инженера и изобретателя Альфреда Нобеля. Его отец занимался конструированием мин, этому же делу хотел посвятить себя и сын. Однако, разработки в данной сфере сдерживались из-за небольшого выбора взрывчатых веществ, недостаток которых сказывался как на военном деле, так и на промышленности. В частности, вышеупомянутые недостатки черного пороха сильно сдерживали развитие горного дела.

В 1850 году в лабораторию Пелуза прибыл Альфред Нобель. Он осознавал огромный потенциал изобретения Собреро и поэтому, вернувшись в Стокгольм, Альфред вместе с отцом начал поиски способа уменьшить способность нитроглицерина к спонтанному детонированию. Уже в 1862 году Нобели смогли наладить производство в Хеленборге под Стокгольмом и начали отрабатывать технологию. Там же в 1863 году Альфред изобрел инжектор-смеситель для азотной кислоты и глицерина. Но в 1864 году на фабрике произошел взрыв, который унес жизни нескольких рабочих и младшего брата Альфреда, Эмиля. В связи с этим потрясением отец Нобеля сильно заболел и скончался в 1872 году.

Несмотря на семейную трагедию, Альфред не оставил идею производства нитроглицерина и спустя несколько лет смог снова наладить его. Однако, проблема взрывоопасности вещества так и оставалась нерешенной. Черный порох было удобно транспортировать, он не взрывался даже при продолжительных ударах молотком. Но нитроглицерин оказался много более чувствительным как к ударам, так и к сильным сотрясениям. Так же создавало неудобства при использовании и транспортировке жидкая форма нитроглицерина. По причине ее утечки произошло несколько трагедий.

Первоначально А. Нобель для уменьшения взрывоопасности при транспортировке разбавлял нитроглицерин метиловым спиртом. В пункте назначения к данной смеси прибавляли воду, в результате чего метанол растворялся, а нитроглицерин оседал на дне, но данная процедура была неудобной из-за угрозы возникновения пожара.

Решение проблемы взрывоопасности было найдено по воле случая. При перевозке для предотвращения толчков и ударов банки с нитроглицерином вокруг засыпался кизельгур (диатомит; инфузорная земля) -- осадочная порода, состоящая преимущественно из диоксида кремния и образованная из останков диатомовых водорослей. Однажды при транспортировке банка с нитроглицерином разгерметизировалась и часть вещества бесследно исчезла. Так была открыта способность инфузорной земли за счет капиллярного эффекта поглощать нитроглицерин. Полученная масса была гораздо безопаснее и удобнее в обращении. Так был изобретен динамит. Незадолго до этого Альфред Нобель изобрел и ввел капсюль-детонатор.

Благодаря этим изобретениям нитроглицерин получил применение во взрывном деле, и Нобель открыл заводы по всей Европе. Но горняки относились к нему с недоверием из-за консервативных взглядов и ряда недостатков. Динамит боялся влаги, так как она легко вытесняла глицерин из пор, и был непригоден для подводных взрывных работ. Кроме того, инфузорная земля снижала взрывную способность динамита и давала много твердых продуктов.

Нитроглицерин обладает избытком атомов кислорода в молекуле (положительный кислородный баланс), поэтому добавление восстановителя значительно увеличило бы взрывную мощность. Инфузорную землю пытались заменить на различные органические наполнители, но ни один из испробованных не удерживал нитроглицерин достаточно хорошо.

Альфред Нобель нашел решение и этой проблемы и снова благодаря счастливому случаю. Поранившись, ученый обратил внимание на «жидкий пластырь» (коллодий) -- раствор частично нитрованной целлюлозы (коллоксилин) в смеси спирта и эфира. Смешав коллодий и нитроглицерин, и дождавшись испарения растворителей, Нобель получил плотную эластичную массу. Позднее он приготовил эту же массу, используя 7-8 частей коллоксилина и 92-93 части нитроглицерина. Образовывавшаяся в результате смешения жидкость доводилась при нагревании до 60-70 є C в течение 15-20 минут до состояния твердой эластичной массы коричневого цвета, которая получила название «гремучий студень». Полученное взрывчатое вещество не боялось влаги и разлагалось без остатка, а отрицательный кислородный баланс частично нитрованной целлюлозы компенсировал положительный кислородный баланс нитроглицерина.

Позднее для уменьшения стоимости к гремучему студню начали добавлять селитру и древесную муку. Данный динамит имел ряд преимуществ перед динамитами на основе кизельгура.

Альфред Нобель изобрел еще одну разновидность динамита, добавив в состав аммиачную селитру. Данный класс взрывчатых веществ является родственным современному аммониту (смесь аммиачной селитры и тротила) и аммоналу (смесь аммиачной селитры и порошкообразного алюминия).

Нобель изобрел еще одно взрывчатое вещество, увеличив концентрацию нитрованной целлюлозы в гремучем студне, -- баллистит. Состав пороха, запатентованный им, имеет следующий вид: 40% -- нитроглицерина, 60% --коллоксилина и пироксилина (частично и полностью нитрованная целлюлоза соответственно).

Нитроглицерин нашел свое применение не только в военном деле и промышленности, но и в медицине, где используется и по сей день. Впервые действие нитроглицерина испытал на себе А. Сабреро. Он заявил, что при помещении минимальных доз вещества на язык в течение минуты развивается сильная головная боль, продолжающаяся несколько часов. На описание данного физиологического эффекта обратил внимание известнейший гомеопат того времени Константин Геринг, живший в Америке. Он провел несколько экспериментов на добровольцах. Все подопытные чувствовали сильную головную боль, некоторые отмечали дискомфорт в левой руке и за грудиной, но данные симптомы были замечены много реже, и гомеопат не обратил на них внимание. Результаты этого исследования были опубликованы в 1849 г. в американском гомеопатическом журнале. Но из-за скептического отношения к гомеопатии данная работа не привлекла внимание официальной медицины, и врачи долгое время не использовали нитроглицерин.[6]

Впервые для лечения стенокардии нитроглицерин был применен английским врачом Вильямом Мюрреллом. Ему удалось подобрать приемлемую концентрацию (1%), растворитель (спирт) и количество нитроглицерина (на Ѕ унции воды 3 капли). Данное событие произошло спустя 33 года после открытия вещества.

К концу 19-го века спектр по назначению нитроглицерина был очень широк. Нитроглицерин назначался при лечении астмы, эпилепсии, хорее, мигрени и ряде других заболеваний.

Еще один огромный прорыв в развитии медицины связан с нитроглицерином. На примере этого вещества впервые был описан и изучен синдром отмены (рикошета). Его заметили врачи, наблюдавшие рабочих первых заводов по производству динамита. Молодые люди, трудившиеся на заводе, ежедневно вдыхали пары нитроглицерина вместе с воздухом. Это вызывало привыкание к веществу. Во время выходных или отпуска в отсутствии нитроглицерина рабочие в расцвете сил внезапно начинали чувствовать сильную головную боль и даже погибали от инфаркта миокарда. Смекалистые рабочие одалживали пузырек с жидкостью на выходные и втирали ее в виски, тем самым борясь с синдромом отмены.

Одновременно с вышеописанным синдромом больные, принимающие нитроглицерин, сталкиваются с еще одной проблемой. Со временем для поддержания терапевтического эффекта приходилось значительно увеличивать дозу лекарства, так как его постоянное употребление вызывало толерантность к препарату. Это значительно осложняло лечение больным стенокардией и до недавнего времени единственным способом борьбы с привыканием была прерывистая схема назначения.

Но борьба с недостатками нитроглицерина и других нитратов положительно сказалась на развитии фармакологии. Современные ретардные формы таблеток были изобретены специально для избегания развития толерантности, а сублингвальные капсулы, используемые с 1925 года, до сих пор считаются золотым стандартом при экстренном купировании приступа стенокардии.

Многие годы принцип действия нитроглицерина оставался в тайне. Лишь в 1998 году Фурготт, Игнарро и Мурад, лауреаты Нобелевской премии, полученной «за открытия, связанные с оксидом азота как сигнальной молекулой в сердечно-сосудистой системе», объяснили антиангинальное действие вещества, совершив тем самым научный прорыв.[12]

2. ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА НИТРОГЛИЦЕРИНА