3,4-双(5-氢-1-四唑基)呋咱的合成及理论计算

以3-氨基-4-硝基呋咱(ANF)为原料,与原甲酸三乙酯、叠氮化钠反应,得到3-硝基-4-(5-氢-1-四唑基)呋咱(化合物1),然后低温下经氨水胺化得到3-氨基-4-(5-氢-1-四唑基)呋咱(化合物2),化合物2与原甲酸三乙酯、叠氮化钠反应,最终得到3,4-双(5-氢-1-四唑基)呋咱(化合物3)。采用IR、~1 H NMR、~(13) C NMR及元素分析对3种化合物的结构进行了表征;采用密度泛函理论B3LYP/6-311+G**方法预估了化合物1~3的标准生成焓、密度、爆速、爆压。结果表明,通过控制反应条件,确定了制备化合物2的最佳工艺条件为:化合物1与氨水摩尔比为1∶2,反应时间3h,反应温度-10℃。化合物2的收率为70%。四唑环的引入使化合物1~3都具有较高的正生成焓,其中化合物3最高,达到1 090.07kJ/mol。化合物1的爆速、爆压与RDX相当。除化合物2密度略低于TNT外,化合物1~3各性能均优于TNT。与化合物2和3综合比较,化合物1的性能最佳,密度为1.76g/cm~3,爆速为8 590m/s,爆压为32.3GPa。     

含氟唑类含能化合物分子设计及性能预测

以三唑和四唑为主体骨架结构设计了11种新型含氟唑类含能化合物,采用密度泛函理论,优化了化合物的几何结构,计算了化合物的密度、生成焓、爆速、爆压和撞击感度等相关性能参数。计算结果表明,含氟基团的引入使化合物具有较高的键离解能和较好的热稳定性,且对化合物的撞击感度影响较小;除二氟氨基二硝基联三唑外所有化合物的密度均在1.90g/cm3以上,爆速均在8.32~11.13km/s之间,爆压均在31.97~56.31GPa之间;所有化合物都具有较好的热稳定性,其键离解能均大于230kJ/mol;化合物的撞击感度分布在17.51~38.85cm之间;各基团对化合物密度贡献的大小顺序为:-OCF3>-CF3>-NF2>-F>-CF(NO2)2,基团对能量贡献的大小顺序为:-F(NO2)2>-OCF3>NF2;根据理论计算结果优选出了两种性能较好的含能化合物1-三氟甲氧基-3,5-二硝基-1H-1,2,4-三唑和1-三氟甲基-3,5-二硝基-1,2,3,4-四唑,两种化合物的密度分别为2.03和2.10g/cm3,生成焓分别为-170.73和-146.24kJ/mol,爆速分别为9.32和9.23km/s,爆压分别为40.23和32.60GPa,二者能量水平高于DNMT;撞击感度(H50)分别为33.10和38.85cm。     

5,5'-氧化偶氮双(4-硝基-1,2,3-三唑-1-)氧化呋咱的理论研究与性能预估

设计了一种新型富氮类高能量密度化合物5,5'-氧化偶氮双(4-硝基-1,2,3-三唑-1-)氧化呋咱,采用密度泛函理论的B3LYP方法,在6-31G**基组水平上得到该化合物全优化构型;在振动分析的基础上求得体系的振动频率、IR谱;通过键级分析得到热解引发键的键离解能(BDE);预估了该化合物密度、生成焓、爆速、爆压和爆热,并预测了撞击感度.结果表明,该化合物存在11个强吸收峰,校正后热解引发键的BDE为144.77kJ/mol,热分解活化能为204.93kJ/mol,稳定性较优;密度1.975g/cm3、生成焓963.837kJ/mol、爆速9015m/s(K-J)、9337m/s(VLW),爆压38.64GPa(K-J)、50.60GPa(VLW);撞击感度H50为16.89cm,稍低于RDX(24cm)和HMX(26cm).     

5,5′-氧化偶氮双(4-硝基-1,2,3-三唑-1-)氧化呋咱的理论研究与性能预估

设计了一种新型富氮类高能量密度化合物5,5′-氧化偶氮双(4-硝基-1,2,3-三唑-1-)氧化呋咱,采用密度泛函理论的B3LYP方法,在6-31G**基组水平上得到该化合物全优化构型;在振动分析的基础上求得体系的振动频率I、R谱;通过键级分析得到热解引发键的键离解能(BDE);预估了该化合物密度、生成焓、爆速、爆压和爆热,并预测了撞击感度。结果表明,该化合物存在11个强吸收峰,校正后热解引发键的BDE为144.77 kJ/mol,热分解活化能为204.93 kJ/mol,稳定性较优;密度1.975 g/cm3、生成焓963.837 kJ/mol、爆速9 015 m/s(K-J)、9 337 m/s(VLW),爆压38.64 GPa(K-J)、50.60 GPa(VLW);撞击感度H50为16.89 cm,稍低于RDX(24 cm)和HMX(26 cm)。     

5种4,6-二硝基苯并连三唑-1-氧化物含能离子盐的合成、表征与性能研究

以1,3,5-三硝基-2-氯苯和水合肼为起始原料,经过取代、环化反应得到4,6-二硝基苯并连三唑-1-氧化物(DNBTO),收率55.3%,并采用酸碱中和、离子交换等反应设计并合成了DNBTO的羟胺盐(HA-DNBTO)、三氨基胍盐(TAG-DNBTO)、脒基脲盐(M-DNBTO)、3,6-二肼基-1,2,4,5-四嗪盐(DHT-DNBTO)以及乙二酰肼盐(OH-DNBTO)5种含能离子盐。用红外光谱、1 H NMR、13 C NMR及元素分析等进行了结构表征;采用DSC和TG-DTG法研究了DNBTO及其5种含能离子盐的热行为。用Gaussian 09程序和VLW爆轰方程,计算了DNBTO及5种含能离子盐的物化及爆轰性能。结果表明,升温速率10℃/min时,DNBTO、HA-DNBTO、TAG-DNBTO、M-DNBTO、DHT-DNBTO和OH-DNBTO的放热分解峰温度分别为201.3、213.0、209.9、240.5、133.7、197.7℃,M-DNBTO表现出更好的热稳定性;DNBTO及其5种含能离子盐的密度在1.59~1.69g/cm3之间,爆速在6 783.6~7 681.3m/s之间;DHT-DNBTO的生成焓最高,为1 081.4kJ/mol;HA-DNBTO的爆轰性能最佳,爆速为7 681.3m/s,爆压为25.5GPa。     

3,3′-二硝基氧化偶氮呋咱的合成及性能

以3，4－二氨基呋咱为起始原料合成无氢含能化合物3，3′－二硝基氧化偶氮呋咱（DNOAF），利用IR、NMR、MS和元素分析鉴定了其结构。通过计算得出，DNOAF的标准生成焓为640kJ/mol，爆速D＝9390m/s，爆压Pcj＝40．5GPa。按照以20％DNOAF取代NEPE推进剂中的HMX计算，复合推进剂的比冲为269．2s^－1（以HNIW取代则为268．7s^－1）。     

1,1′-二硝氨基-5,5′-偶氮双四唑钾盐的合成、结构及性能

以水合肼和叠氮氰为原料,经环化、缩合、氧化偶联、酸解、硝化、中和等反应,合成了1,1′-二硝氨基-5,5′-偶氮双四唑钾盐(K_2DNAABT);利用红外、核磁(~1 H NMR、~(13) C NMR)、元素分析和单晶X射线衍射表征了目标化合物的结构;采用DSC和TG方法研究了K_2DNAABT的热性能;基于晶体密度和计算的生成热,采用EXPLO5程序软件预估了K_2DNAABT的爆轰性能。结果表明,K_2DNAABT热分解峰温为194.27°C,晶体密度为2.11g/cm~3,生成热为617.0kJ/mol,爆速为8 367m/s,爆压为31.5GPa,具有较好的热稳定性,优良的爆轰性能,有望作为叠氮化铅的绿色替代物。     

基于噁三唑设计潜在高能量密度化合物

以1,2,3,4-噁三唑和1,2,3,5-噁三唑为框架，引入硝基、硝氨基、三硝基甲基等含能基团，设计了A、B两组噁三唑类含能化合物，以三唑设计C组对照组化合物进行对比；采用密度泛函方法B3PW91/6-31G(d, p)基组，优化了化合物的几何结构，计算了化合物的密度、生成焓、氧平衡、爆速、爆压和感度等相关性能参数。计算结果表明，噁三唑类化合物的爆轰性能优良，密度、爆速、爆压等均超过三唑类含能化合物，有6种化合物的密度在1.90g/cm³以上，爆速在9.0km/s以上，爆压在40GPa以上；基团—CNF₂(NO₂)₂、—CF(NO₂)₂、—C(NO₂)₃对密度、爆速和爆压贡献大，以噁三唑为框架加以—CNF₂(NO₂)₂、—CF(NO₂)₂、—C(NO₂)₃构建的...     

3-硝基胍-1,2,4-三唑[4,3-b]-s-四嗪及其脒基脲盐的 合成与性能研究

以3,6-双(3,5-二甲基吡唑)-1,2,4,5-四嗪为原料,通过取代、环化、酸化反应合成出3-硝基胍-1,2,4-三唑[4,3-b]-s-四嗪(NGTT),自主设计合成了新型含能离子盐3-硝基胍-1,2,4-三唑[4,3-b]-s-四嗪的脒基脲盐(NGTT-M),并采用红外光谱、核磁共振、元素分析等进行了结构表征;优化了关键中间体3-(3,5-二甲基吡唑-1-基)-1,2,4-三唑[4,3-b]-s-四嗪(DMPTT)的合成条件,收率达到82%;采用DSC对比研究了NGTT和NGTT-M的热稳定性,并采用量子化学方法研究了NGTT及其阴离子的几何构型,计算了NGTT和NGTT-M的爆速、爆压及单元比冲等能量性能。结果表明,NGTT和NGTT-M的分解温度分别为250、221.1℃;密度分别为1.77、1.77g/cm~3;生成焓分别为567.3、500.7kJ/mol;爆速分别为7366.8、7391.9m/s;爆压分别为23.4、23.0GPa;燃温分别为2475.2、1834.8K;特征速度分别为1404.2、1269.2m/s;单元比冲分别为2210.5、2016.7N·s/kg,表明NGTT-M具有氮含量高、热稳定性良好、产气量大、燃温低的特点。     

5,8-二硝基四唑并三嗪的理论研究（英文）

运用量子化学方法研究了5,8-二硝基四唑并三嗪化合物的结构和性能。在B3LYP/6-311+G(2d)理论水平下,对其进行了几何优化及计算了电子密度、IR和NMR,以探究其电子结构性质和化学键本质,预估了密度、生成焓和爆炸性能等关键参数。结果表明,5,8-二硝基四唑并三嗪生成焓为497.64kJ/mol,密度为1.82g/cm3,其爆速和爆压分别为8.73km/s和33.97GPa,具有良好的爆炸性能,有望成为潜在的含能材料。     

Synthesis,Characterization, and Energetic Properties of N‐Rich Salts of the 4,5‐Dicyano‐2H‐1,2,3‐triazole Anion

The synthesis and characterization of the 4,5‐dicyano‐2H‐1,2,3‐triazole anion in its 5‐aminotetrazole, 1,5‐diaminotetrazole, and 1,5‐diamino‐4‐methyl‐tetrazole salts are reported. All compounds were characterized by IR, ¹H NMR, and ¹³C NMR spectroscopy, as well as elemental analyses. Their thermal decompositions were investigated by TG‐DSC. The densities, combustion heats, and sensitivity properties were tested. Additionally, enthalpies of formation, detonation pressures, detonation velocities, and heats of detonation were calculated. The compounds have potential application in the energetic materials field.     

5-(4-叠氮呋咱基)-[1,2,3]三唑[4,5-c]并呋咱内盐的合成、晶体结构及性能

以3,4-二氨基呋咱为原料,经重氮化-叠氮化、氧化-环化等反应合成了一种新型无氢富氮含能材料5-(4-叠氮呋咱基)-[1,2,3]三唑[4,5-c]并呋咱内盐(AFTF);采用红外光谱、核磁共振、元素分析等方法表征了目标物的结构;获得了AFTF的单晶并进行了晶体结构解析;采用DSC方法研究了AFTF的热稳定性,初步探讨了氧化-环化反应机理;采用Gaussian 09程序CBS-QB3方法计算了AFTF的固相生成热,基于晶体密度和固相生成热,利用EXPLO5爆轰软件预估了AFTF的爆轰性能。结果表明,化合物AFTF晶体为正交晶系,空间群为P 2(1)2(1)2(1),晶胞参数为:a=8.1782(17),b=8.6446(18),c=11.521(2),V=814.5(3)3,Z=4,μ=0.151 mm^-1,F(000)=440;AFTF的熔点为101.02℃,热分解温度为186.39℃;AFTF晶体密度为1.795 g/cm 3(296 K),氮含量为63.6%,理论爆速为8.982 km/s,爆压为33.5 GPa,生成热为1178.9 kJ/mol,爆热为6450.8 kJ/kg,表明AFTF是一种爆轰性能优良的无氢富氮高能量密度化合物,有望应用于高能推进剂或气体发生剂领域;低熔点特性有望使其作为熔铸炸药载体使用。     

4,5‐Bis(5‐tetrazolyl)‐1,2,3‐triazole: Synthesis and Performance

4,5‐Bis(5‐tetrazolyl)‐1,2,3‐triazole (BTT) was synthesized by a new method. Its structure was characterized by IR and ¹³C NMR spectroscopy and elemental analysis (EA). The thermal stability of BTT was investigated by TG‐DSC technique. The kinetic parameters including activation energy and pro‐exponential factor were calculated by Kissinger equation. The combustion heat, detonation products, hygroscopicity, impact, and friction sensitivity were also measured. The formation heat, detonation pressure, and detonation velocity of BTT were calculated. BTT has high detonation pressure and detonation velocity (P=35.36 GPa, D=8.971 km s⁻¹). BTT has potential application prospect as environmentally friendly gas generant, insensitive explosive and solid propellant.     

4H,8H-双呋咱并[3,4-b:3′,4′-e]吡嗪(DFP)有机双胺盐的合成及性能研究

为改善4H,8H-双呋咱并[3,4-b:3′,4′-e]吡嗪(DFP)结构存在的酸性问题,以DFP和有机胺为原料,合成了DFP的氨基胍盐(DAGDFP)、氨基脲盐(DSDFP)、1,3-二氨基胍盐(DBAGDFP)、脒基脲盐(DGUDFP)、胍盐(DGDFP)、缩二胍盐(DBGDFP)、三氨基胍盐(DTAGDFP)等7种有机双胺盐化合物;通过核磁共振谱、红外光谱和元素分析对其结构进行了表征;采用DSC和TG法分析了目标化合物的热性能;采用BAM标准方法测试了机械感度;通过Kamlet-Jacobs方程和最小自由能法分别计算了DFP双胺盐的爆轰参数和单元推进剂的燃烧性能。结果表明,DFP双胺盐热稳定性良好,撞击感度均大于40J,摩擦感度均大于360N,为钝感含能离子盐;DSDFP热分解温度为273.4℃,理论爆速为7891m/s,爆压为27.07GPa,比冲为2352N·s/kg,特征速度为1462.9m/s,爆轰性能优于TNT,比冲和特征速度较偶氮四唑胍盐(GZT)大幅提高,有望应用于气体发生剂和固体推进剂等。     

两种新型2-偕二硝甲基-5-硝基四唑含能离子盐的合成、表征及性能预估

以氨基-1,2,4-三唑和2-偕二硝甲基-5-硝基四唑(HDNMNT)为原料,通过中和反应合成出两种新型含能离子盐——2-偕二硝甲基-5-硝基四唑3-氨基-1,2,4-三唑盐(3-ATDNMNT)和2-偕二硝甲基-5-硝基四唑4-氨基-1,2,4-三唑盐(4-ATDNMNT),收率分别为95.4%和96.7%;利用FT-IR、1 H NMR、13C NMR、15 N NMR及元素分析等方法对其结构进行表征;采用量子化学方法计算了3-ATDNMNT和4-ATDNMNT的爆轰性能;在标准状态下(膨胀比为70∶1),利用最小自由能原理,分别计算了两种离子盐在丁羟复合推进剂中的能量性能。结果表明,3-ATDNMNT的爆速和爆压分别为8.587km/s和33.58GPa,4-ATDNMNT的爆速和爆压分别为8.693km/s和34.31GPa。以3-ATDNMNT部分取代丁羟复合推进剂中的AP后,丁羟复合推进剂的理论比冲可达2 635.7N·s/kg。以4-ATDNMNT部分取代丁羟复合推进剂中的AP后,当HTPB、Al、AP及4-ATDNMNT各组分质量分数分别为10%、5%、15%及70%时,获得该丁羟复合推进剂的最高理论比冲为2 677.2N·s/kg。     

六烷基胍TADC含能离子液体的合成与表征

采用离子交换法合成了4种六烷基胍4,5-二氰基-1,2,3三唑([Cn-guan][TADC],n=3,4,5,6)含能离子液体,用红外光谱和核磁共振对结构进行了表征,测试了其在常用有机溶剂中的溶解性,用表面界面张力仪和TG、DSC分别研究了其密度和热性能。结果表明,六烷基胍TADC离子盐在极性较大的有机溶剂中具有良好的溶解性,最大分解温度在370℃左右,表明[C3-6-guan][TADC]具有良好热稳定性,([Cn-guan][TADC],n=3,4,5)在DSC的二次升温过程中经历了玻璃态、过冷态、结晶固态和液态4种相态。