پیکریک اسید  (Picric Acid) که به نام‌های2 ، 4 ، 6 – تری‌نیتروفنول یا TNP نیز شناخته می‌شود، یک ترکیب شیمیایی آلی با فرمول شیمیایی(​\( C_{6}H_{3}N_{3}O_{7} \)​) است. این ماده به دلیل خواص شیمیایی و کاربردهای متنوعش در صنایع مختلف، از جمله پزشکی، شیمی، و مواد منفجره، اهمیت زیادی دارد. در ادامه اطلاعات جامعی درباره پیکرییک اسید ارائه می‌شود :

خواص شیمیایی و فیزیکی پیکریک اسید

با فرمول شیمیایی  (​\( C_{6}H_{2}(NO_{2})_{3}OH \)​) دارای جرم مولی معادل  229.10 گرم بر مول بوده و به صورت بلورهای زرد رنگ، بی‌بو است . از نظر میزان انحلال پذیری ، کم محلول در آب (حدود 1 گرم در 100 میلی‌لیتر آب در دمای اتاق)، اما به خوبی در حلال‌های آلی مانند اتانول، بنزن، و استون حل می‌شود .نقطه ذوب آن در حدود 122-123 درجه سانتی‌گراد بوده ولی به دلیل تجزیه در دماهای بالا، نقطه جوش مشخصی ندارد و در دماهای بالا ممکن است منفجر شود نام “پیکرییک” از کلمه یونانی “pikros” به معنای “تلخ” گرفته شده است، زیرا این ماده طعم تلخی دارد (اگرچه به دلیل سمیت، آزمایش طعم آن خطرناک است در برخی متون قدیمی، پیکرییک اسید به نام “زرد تلخ” (Bitter Yellow) نیز شناخته می‌شد. 

خاصیت اسیدی: پیکریک اسید ، یک اسید نسبتاً قوی است (pKa ≈ 0.29) به دلیل حضور سه گروه نیترو (​\( NO_{2} \)​) که اثر الکترون‌کشندگی دارند و باعث افزایش اسیدیته گروه هیدروکسیل (​\( OH \)​) می‌شوند.

پایداری: در حالت خشک ناپایدار است و می‌تواند در اثر ضربه، اصطکاک یا گرما منفجر شود.

تاریخچه پیکریک اسید 

پیکریک اسید  در سال 1771 توسط شیمیدان بریتانیایی پیتر ولف کشف شد، زمانی که او نیتروژن‌دار کردن فنول را آزمایش کرد. در ابتدا به عنوان یک رنگ زرد (رنگ‌دهنده پارچه) استفاده می‌شد، اما بعدها به دلیل خواص انفجاری‌اش در صنایع نظامی به کار گرفته شد . در قرن 19 و اوایل قرن 20، اسید پیکرییک به عنوان یک ماده منفجره در جنگ‌ها، از جمله جنگ جهانی اول، استفاده شد.

کاربردهای پیکریک اسید

پیکریک اسید به دلیل ویژگی‌های شیمیایی خاص خود در حوزه‌های مختلف کاربرد دارد :

کاربردهای صنعتی مواد منفجره: پیکریک اسید به دلیل خاصیت انفجاری در ساخت مهمات و مواد منفجره مانند نارنجک‌ها و بمب‌ها استفاده می‌شد. با این حال، به دلیل ناپایداری و حساسیت به ضربه، جای خود را به مواد منفجره پایدارتر مانند TNT ( تری نیترو تولوئن )داد.

رنگ‌ها: به عنوان یک رنگ زرد در صنایع نساجی و رنگرزی استفاده می‌شد.

شیمی تجزیه: پیکریک اسید در آزمایشگاه‌ها برای شناسایی برخی ترکیبات آلی، به‌ویژه آمین‌ها و پروتئین‌ها، به کار می‌رود. این ماده می‌تواند با پروتئین‌ها واکنش داده و کمپلکس‌های رنگی تشکیل دهد.

کاربردهای پزشکی پیکریک اسید

آنتی‌سپتیک: در گذشته به عنوان یک ضدعفونی‌کننده در درمان سوختگی‌ها و زخم‌ها استفاده می‌شد، اما به دلیل سمیت و خطر انفجار، امروزه کمتر در این زمینه کاربرد دارد.

آزمایش‌های تشخیصی: در آزمایشگاه‌های پزشکی برای شناسایی کراتینین در ادرار (تست Jaffe) استفاده می‌شود.

کاربردهای آزمایشگاهی پیکریک اسید

رنگ‌آمیزی بافت: در رنگ آمیزی میکروسکوپی، پیکریک اسید به عنوان یک ماده رنگ‌کننده برای رنگ‌آمیزی بافت‌ها در بررسی‌های هیستولوژیکی استفاده می‌شود.

تشخیص پروتئین‌ها: در روش‌هایی مانند تست بیوره برای شناسایی پروتئین‌ها کاربرد دارد.

خطرات و ایمنی

سمیت: پیکریک اسید سمی است و تماس با پوست، چشم یا استنشاق بخارات آن می‌تواند باعث تحریک، سوختگی یا مسمومیت شود. این ماده می‌تواند کبد و کلیه‌ها را تحت تأثیر قرار دهد.

خطر انفجار: در حالت خشک، به شدت به ضربه، اصطکاک و گرما حساس است و می‌تواند به راحتی منفجر شود. به همین دلیل باید با احتیاط زیاد نگهداری و حمل شود.

نگهداری: باید در محیط مرطوب (برای کاهش خطر انفجار) و در ظروف غیرفلزی نگهداری شود، زیرا تماس با فلزات می‌تواند نمک‌های پیکرات فلزی ناپایدار تولید کند.

اثرات زیست‌محیطی:پیکریک اسید می‌تواند برای محیط زیست مضر باشد و در صورت ورود به آب یا خاک، آلودگی ایجاد کند.

روش تولید پیکریک اسید

پیکریک اسید ،  از نیتراسیون فنول (​\( C_{6}H_{5}OH \)​) با استفاده از نیتریک اسید غلیظ (​\( HNO_{3} \)​) و سولفوریک اسید (​\( H_{2}SO_{4} \)​) به عنوان کاتالیزور تولید می‌شود. 

فنول در مخلوطی از نیتریک اسید و سولفوریک اسید گرم می‌شود . گروه‌های نیترو به حلقه بنزن متصل شده و 2، 4، 6 -تری‌نیتروفنول تشکیل می‌شود. محصول نهایی خالص‌سازی و کریستاله می‌شود.

​\( C_{6}H_{5}OH(s)+3HNO_{3}(aq)\xrightarrow[\hspace{2cm}]{H_{2}SO_{4}/\Delta }C_{6}H_{2}(NO_{2})_{3}OH(s)+3H_{2}O(l) \)​

• رنگ زرد شدید: به دلیل رنگ زرد قوی، در گذشته به عنوان رنگ‌دهنده در آتش‌بازی‌ها و مواد آرایشی نیز استفاده می‌شد.
• تشکیل نمک‌های پیکرات: اسید پیکرییک با بازها واکنش داده و نمک‌های پیکرات تشکیل می‌دهد که برخی از آن‌ها (مانند پیکرات پتاسیم) نیز خاصیت انفجاری دارند.
• کاربرد در تاریخ جنگ: در جنگ جهانی اول، اسید پیکرییک به عنوان یکی از مواد اصلی در پر کردن پوکه‌های توپ و بمب استفاده می‌شد.

 جایگزین‌ها و وضعیت کنونی

با توجه به خطرات ایمنی و ناپایداری پیکرییک اسید ، امروزه در بسیاری از کاربردها، مواد ایمن‌تر و پایدارتر جایگزین آن شده‌اند . در مواد منفجره، موادی مانند TNT یا RDX استفاده می‌شوند. در پزشکی و آزمایشگاه‌ها، روش‌های جدیدتر و ایمن‌تر برای رنگ‌آمیزی و تشخیص جایگزین شده‌اند. RDX حدود ۱.۶ برابر قوی‌تر از TNT (تری‌نیتروتولوئن) است. سرعت انفجار آن حدود ۸۵۰۰ متر بر ثانیه و چگالی آن ۱.۸ گرم بر سانتی‌متر مکعب است. نسبتاً پایدار و کم‌حساس به ضربه یا حرارت (برخلاف نیتروگلیسیرین)، اما با detonator (مثل ضربه یا حرارت بالا) منفجر می‌شود.بی‌خطر برای حمل‌ونقل، غیرسمی، و پایدار در انبارش طولانی‌مدت است .

واکنش‌های شیمیایی اصلی پیکریک اسید  

پیکریک اسید به دلیل وجود گروه هیدروکسیل فنولیک و سه گروه نیترو (که الکترون‌کشنده هستند)، در واکنش‌های اسیدی، نمک‌سازی و اکسیداسیون شرکت می‌کند. در ادامه، مهم‌ترین واکنش‌ها را بررسی می‌کنیم:

واکنش اسیدی (دهنده پروتون)

پیکریک اسید پیکریک یک اسید قوی فنولیک است (pKa ≈ ۰٫۳۸) و به راحتی پروتون (​\( H^{+} \)​) اهدا می‌کند، زیرا بار منفی در آنیون پیکرات (​\( C_{6}H_{2}(NO_{2})_{3}O^{-} \)​) توسط رزونانس با گروه‌های نیترو تثبیت می‌شود. این واکنش با بازها (مانند سدیم هیدروکسید ) نمک‌های پیکرات زردرنگ تولید می‌کند:

​\( C_{6}H_{2}(NO_{2})_{3}OH+NaOH(aq)\xrightarrow[\hspace{1.2cm}]{}C_{6}H_{2}(NO_{2})_{3}ONa(s)+H_{2}O(l) \)​

این نمک‌ها در شناسایی بازهای آلی (مانند آمین‌ها) در شیمی آلی مفید هستند .

تشکیل نمک‌های فلزی (پیکرات‌ها)

پیکریک اسید با فلزات (مانند مس، سرب، جیوه، روی، نیکل و آهن) یا آمونیاک و آمین‌ها واکنش می‌دهد و نمک‌های حساس‌تری نسبت به خود اسید تشکیل می‌دهد. این نمک‌ها انفجاری‌تر هستند و به ضربه، حرارت یا اصطکاک حساس‌اند . مثل واکنش با آلومینیم ، تماس با سطوح بتنی می‌تواند کلسیم پیکرات حساس تشکیل دهد. این واکنش‌ها دلیل اصلی خطرات نگهداری پیکریک اسید خشک است.

​​\( 3C_{6}H_{2}(NO_{2})_{3}OH+2Al(s)\xrightarrow[\hspace{1.2cm}]{}[Al(C_{6}H_{2}(NO_{2})_{3})_{3}]+3H_{2}(g) \)​

 واکنش انفجاری (دتوناسیون و اکسیداسیون)

به عنوان یک ماده منفجره اولیه، پیکریک اسید با عوامل اکسیدکننده یا کاهنده واکنش‌های شدید (انفجاری) نشان می‌دهد. انفجار آن اکسیداسیون سریع است و گازهای ​\( CO_{2} \)​ ، ​\( NO_{2} \)​ و آب تولید می‌کند. خشک بودن (کمتر از 10% آب دارا باشد ) حساسیت آن را افزایش می‌دهد:

​\( 2C_{6}H_{2}(NO_{2})_{3}OH+2Al(s)\xrightarrow[\hspace{2.2cm}]{\Delta / shock}3N_{2}(g)+12CO(g)+C(s)+5H_{2}O(l) \)​

(معادله تقریبی؛ محصولات دقیق بسته به شرایط تغییر می‌کند). با عوامل کاهنده مانند پودر آلومینیوم، حساسیت افزایش می‌یابد.

واکنش‌های تحلیلی و بیوشیمیایی

• واکنش جافه (Jaffe reaction): در آزمایشگاه‌های بالینی، با کراتینین واکنش می‌دهد و کمپلکس قرمزرنگ تشکیل می‌دهد، که برای اندازه‌گیری کراتینین در خون و ادرار استفاده می‌شود :

​\( 2C_{6}H_{2}(NO_{2})_{3}OH+C_{4}H_{7}N_{3}O (s)\xrightarrow[\hspace{2.2cm}]{NaOH / alkaline}Colored complex \)​

کاهش به پیکرامیک اسید: با عوامل کاهنده (مانند Sn/HCl) به 2- آمینو-4 ، 6 دی‌نیتروفنول تبدیل می‌شود، که انفجاری نیست.

​\( C_{6}H_{2}(NO_{2})_{3}OH+6ُSn(s)+12HCl(aq)\xrightarrow[\hspace{1.5cm}]{} C_{6}H_{2}(OH)(NH_{2})(NO_{2})_{2}+6SNCl_{2}(aq)+5H_{2}O(l) \)​

واکنش با عوامل اکسیدکننده/کاهنده: واکنش‌های شدید با پرمنگنات یا هیدرازین، که می‌تواند به انفجار منجر شود.

​\( 2C_{6}H_{2}(NO_{2})_{3}OH(s)+22KMnO_{4}(aq)+67H_{2}SO_{4}(aq)\xrightarrow[\hspace{1.5cm}]{} 12CO_{2}(g)+3N_{2}(g)+76H_{2}O(l)+22MnSO_{4}(aq) \)​

استفاده در رنگ‌آمیزی: در بافت‌شناسی (مانند محلول بوئنی) برای ثابت کردن نمونه‌های بافتی، بدون واکنش شیمیایی خاص اما بر پایه حلالی

شیمی پلیمرها: پیکرییک اسید به عنوان یک عامل اکسیدکننده یا کاتالیزور در برخی واکنش‌های سنتز پلیمرها استفاده شده است. به عنوان مثال، در سنتز پلیمرهای خاص با گروه‌های نیترو کاربرد دارد.

مطالعات کریستالوگرافی: کریستال‌های پیکرییک اسید به دلیل ساختار منظم و رنگ زرد، در مطالعات کریستالوگرافی و تجزیه ساختاری با پراش اشعه ایکس (X-ray Diffraction) استفاده می‌شوند.

تشخیص مواد مخدر: پیکرییک اسید در شیمی قانونی (Forensic Chemistry) برای شناسایی برخی مواد مخدر مانند آلکالوئیدها (مثل مورفین یا کدئین) به کار می‌رود، زیرا با این ترکیبات کمپلکس‌های رنگی تشکیل می‌دهد.

مکانیسم‌های شیمیایی خاص

الکترون‌کشندگی گروه‌های نیترو: حضور سه گروه نیترو در موقعیت‌های2 ، 4 ، 6 روی حلقه بنزن باعث می‌شود که پیکرییک اسید یک اسید قوی باشد. این گروه‌ها با کشیدن الکترون‌ها از حلقه آروماتیک، چگالی الکترونی گروه هیدروکسیل را کاهش داده و باعث سهولت جدا شدن پروتون (​\( H^{+} \)​) می‌شوند.

حساسیت انفجاری: خاصیت انفجاری پیکرییک اسید به دلیل حضور گروه‌های نیترو است که در اثر انرژی خارجی (ضربه یا گرما) می‌توانند تجزیه شده و گازهای داغ (مانند نیتروژن و کربندی‌اکسید ) آزاد کنند. این فرآیند به صورت زیر است: 

​\( 4C_{6}H_{2}(NO_{2})_{3}OH+21O_{2}(g)\xrightarrow[\hspace{2cm}]{\Delta/shock}24CO_{2}(g{})+6N_{2}(g)+6H_{2}O(g) \)​

جنبه‌های ایمنی پیشرفته

تداخل با فلزات: پیکرییک اسید در تماس با فلزات (مانند مس، آهن یا سرب) می‌تواند نمک‌های پیکرات فلزی تشکیل دهد که حتی در مقادیر کم نیز خطرناک هستند. به همین دلیل، در آزمایشگاه‌ها از ظروف شیشه‌ای یا پلاستیکی برای نگهداری آن استفاده می‌شود.

مدیریت پسماند: دفع پیکرییک اسید باید با احتیاط انجام شود. معمولاً با خنثی‌سازی در محلول‌های قلیایی رقیق یا احیاء شیمیایی به ترکیبات غیرخطرناک تبدیل می‌شود.

حساسیت به رطوبت: پیکرییک اسید مرطوب (حاوی 10 تا 20% آب) ایمن‌تر است، اما خشک شدن آن می‌تواند خطر انفجار را افزایش دهد.

جنبه‌های زیست‌محیطی و سم‌شناسی پیشرفته

تجزیه زیستی: پیکرییک اسید در محیط زیست به کندی تجزیه می‌شود و می‌تواند در خاک و آب تجمع یابد. برخی میکروارگانیسم‌ها قادر به تجزیه گروه‌های نیترو هستند، اما این فرآیند کند است.

سمیت مزمن: قرار گرفتن طولانی‌مدت در معرض پیکرییک اسید می‌تواند باعث آسیب به کبد، کلیه‌ها و سیستم عصبی شود. این ماده به عنوان یک ماده سرطان‌زا طبقه‌بندی نشده است، اما اثرات سمی آن جدی است.

نکات تاریخی و علمی کمتر شناخته‌شده

استفاده در جنگ شیمیایی: در جنگ جهانی اول، پیکرییک اسید به دلیل خاصیت تحریک‌کننده‌اش گاهی به عنوان یک ماده شیمیایی آزاردهنده (Irritant) در کنار کاربردهای انفجاری استفاده می‌شد.

نقش در شیمی آلی کلاسیک: پیکرییک اسید در اواخر قرن 19 و اوایل قرن 20 به عنوان یک معرف کلیدی در شناسایی ترکیبات آلی نیتروژن‌دار (مانند آمین‌ها و آلکالوئیدها) شناخته می‌شد.

مطالعات طیف‌سنجی: به دلیل رنگ زرد شدید، پیکرییک اسید در مطالعات طیف‌سنجی UV-Vis برای بررسی خواص جذبی ترکیبات آروماتیک استفاده می‌شود.

تهیه پیکرییک اسید از آسپیرین (استیل‌سالیسیلیک اسید) یک فرآیند شیمیایی چندمرحله‌ای است که شامل تبدیل آسپیرین به فنول و سپس نیتراسیون آن برای تولید پیکرییک اسید می‌شود. این فرآیند به دلیل استفاده از مواد شیمیایی خطرناک (مانند نیتریک اسید و سولفوریکاسید ) و حساسیت پیکرییک اسید به انفجار، باید با احتیاط و در شرایط آزمایشگاهی کنترل‌شده انجام شود.

آسپیرین (​\( C_{9}H_{8}O_{4} \)​) یک استر است که از سالیسیلیک اسید (2-هیدروکسی‌بنزوئیک اسید) مشتق شده است. برای تبدیل آسپیرین به پیکرییک اسید ، ابتدا باید گروه استیل (​\( -CH_{3}COO \)​) از آسپیرین حذف شود تا سالیسیلیک اسید به دست آید. پس سالیسیلیکاسید تحت دکربوکسیلاسیون به فنول تبدیل می‌شود. در نهایت، فنول با نیتراسیون به پیکرییک  اسید تبدیل می‌گردد. این مراحل به دلیل پیچیدگی و خطرات شیمیایی نیاز به تجهیزات آزمایشگاهی مناسب و رعایت نکات ایمنی دارند.

•  روش‌های بررسی خلوص