2-硝酰氧基甲基四氢呋喃的绿色合成

为了开发新型硝酸酯聚醚粘合剂,以2-羟甲基四氢呋喃(HMTHF)为原料,经N2O5硝化合成出了2-硝酰氧基甲基四氢呋喃(NMTHF),收率为90.6%,产品纯度为98.9%,通过红外光谱、核磁共振氢谱及元素分析对产品的结构进行了表征,表明为目标化合物。考察了反应条件对产品收率和纯度的影响,确定了最佳的硝化条件:N2O5为硝化剂,N2O5与HMTHF的摩尔比为1.0∶1.0,反应温度为-10℃,滴加试剂完毕后反应5min立即终止反应。     

N_2O_5/HNO_3硝化甲苯制备二硝基甲苯

以N2O5/HNO3代替硝硫混酸作硝化剂进行甲苯硝化。研究了反应温度、N2O5浓度、反应时间对硝化反应的影响。用气相色谱、红外光谱、质谱分析了甲苯的硝化产物。结果表明,硝化产物主要为二硝基甲苯(DNT)。获得的最佳硝化反应条件为:反应温度10℃、N2O5浓度3 mol·L-1、反应时间1 h。二硝基甲苯的产率100%。异构体2,4-DNT与2,6-DNT的摩尔比为4.44∶1。     

N2O5在硝化甘油合成中的应用

以N2O5为硝化剂,缩水甘油为原料,通过考察工艺条件对硝化过程的影响,研究了硝化甘油的绿色合成过程.实验结果表明,H-ZSM-5分子筛具有较好的催化性能;适宜的催化剂浓度为15 g·L-1,N2O5/缩水甘油的摩尔比为31,反应温度为15 ℃,在此条件下反应4 h,硝化甘油的选择性达100%,收率达91.1%.     

2,2,6,6-四硝基金刚烷的合成与表征

以金刚烷为原料,经氧化、肟化,合成了2,6-金刚烷二酮肟,再使用N2O5为硝化剂,直接由2,6-金刚烷二酮肟一步氧化硝化制得了2,2,6,6-四硝基金刚烷,并利用核磁共振(NMR)、红外(IR)、元素分析等对产物进行了表征。研究了物料配比、溶剂、温度、时间对氧化硝化反应收率的影响,确定了最佳反应条件:溶剂为二氯甲烷,摩尔比n(2,6-金刚烷二酮肟)∶n(N2O5)=1∶6,反应温度为50℃,反应时间为30 min,收率为50%。利用热重分析(TG)和差示扫描量热法(DSC)对2,2,6,6-四硝基金刚烷的热性能进行了分析,发现其从275℃开始分解,在298℃时有尖锐放热峰,表明2,2,6,6-四硝基金刚烷具有良好的热稳定性。     

1,3,5,7-四乙酰基-1,3,5,7-四氮杂环辛烷的硝解反应机理

为了更好地指导五氧化二氮(N2O5)硝解1,3,5,7-四乙酰基-1,3,5,7-四氮杂环辛烷(TAT)制备奥克托今(HMX)的生产,研究了TAT在N2O5/HNO3体系中的硝解反应机理。采用柱层析从硝解产物中分离得到了两个副产物,并采用1H NMR、IR以及元素分析进行了结构表征,确证其为1,5-二乙酰基-3,7-二硝基-1,3,5,7,-四氮杂辛烷(DADN)和1-乙酰基-3,5,7-三硝基-1,3,5,7-四氮杂环辛烷(SEX)。TAT先迅速硝解形成一硝基化合物,再快速硝化形成DADN,DADN中酰胺碱性降低,反应慢慢硝化形成SEX,SEX再以更慢的速度硝化形成HMX,其中k2>k1,k2>k3>k4。     

3,7-二硝基-1,3,5,7-四氮杂双环［3.3.1］壬烷的硝解副产物及硝解机理

为了更好指导N2O5硝解3,7-二硝基-1,3,5,7-四氮杂双环[3.3.1]壬烷(DPT)制备奥克托今(HMX)的生产,研究了DPT在N2O5/HNO3和N2O5/CH2Cl2两种体系中的硝解产物,采用柱层析从硝解产物中分离得到了两个副产物,并进行了结构表征,确证其为:N,N′-二羟甲基硝胺和1,9-二硝酰氧基-2,4,6,8-四硝基-2,4,6,8-四氮杂壬烷。N2O5硝解DPT,当体系中溶解有硝酸铵时,N2O5浓度低时主要起硝化作用反应生成HMX,N2O5浓度高时主要起酯化作用反应生成直链产物;当体系中没有硝酸铵(或硝酸铵不溶解)时,N2O5主要起酯化作用也生成直链产物。     

2-取代-5,5-二硝基嘧啶-4,6-二酮的制备

研究了2-取代嘧啶4,6-二酮的硝化反应,产物为2-取代-5,5-二硝基嘧啶-4,6-二酮,收率＞80%,2-取代-5,5-二硝基嘧啶-4,6-二酮与亲核试剂反应形成开环产物.2-位取代基为烷基时,嘧啶环5-位和侧链的α-位都发生反应,当取代基为甲基时,硝化产物为2-(二硝基亚甲基)-5,5-二硝基嘧啶-4,6-二酮(1),1的水解产物为1,1-二氨基-2,2-硝基乙烯(FOX-7)和二硝基甲烷.考察了亲核试剂对FOX-7收率的影响.2-位取代基为羟基时,硝化产物为5,5-二硝基巴比妥酸(4b),4b水解可制得偕二硝基乙酰基脲(6b),6b与KOH作用生成偕二硝基乙酰基脲钾盐(7b).     

含供电基团的吡啶/吡嗪类化合物硝化反应研究

以2,6-二氨基吡啶和2,6-二甲氧基吡嗪为典型底物,研究含供电基团的氮杂环芳烃吡啶/吡嗪类化合物的硝化反应。探讨不同硝化体系对2,6-二氨基吡啶和2,6-二甲氧基吡嗪硝化收率的影响,确定了适合难硝化的吡啶/吡嗪类底物的硝化体系;在此基础上主要对硝化体系中硝酸用量、反应温度、超酸比例等重要因素进行研究,得到了最优工艺条件,硝化反应收率分别提高到65%和90%以上。最后通过量子化学手段进行模拟,从电子云密度和零点能的角度分析硝化反应的难易和氮杂环芳烃活泼性的内在联系。研究结果表明：随着芳环上N原子个数的增加,C原子上的电子云密度呈下降趋势,氮杂环芳烃活泼性减弱,导致硝化反应难以进行;而供电子基团的引入,则能使环上碳原子的电子云密度增大,从而硝化反应容易进行。     

3-硝酸酯甲基-3-乙基氧丁环及其均聚物的合成与性能

以三羟甲基丙烷和碳酸二乙酯为原料经环化、硝化两步反应合成了化合物3-硝酸酯甲基-3-乙基氧丁环(NIMEO);采用1,4-丁二醇(BDO)为引发剂,三氟化硼.乙醚(BF3.Et2O)为催化剂,NIMEO发生阳离子开环聚合得到一种端羟硝酸酯均聚醚PNIMEO。讨论了催化剂/引发剂的摩尔比、反应温度对聚合反应的影响。性能研究表明:PNIMEO的玻璃化转变温度为-25℃,分解温度为218℃,分解焓为 1212J.g-1,爆炸概率为0,特性落高为109.6cm。     

绿色方法合成2,2-二硝基-1,3-丙二醇

以硝基甲烷、甲醛为原料,采用过硫酸钠、铁氰化钾氧化体系取代传统硝酸银氧化剂,经过缩合、氧化硝化两步反应合成了2,2-二硝基-1,3-丙二醇,全程收率24.1%,纯度97%(LC)。通过正交试验研究了氧化硝化过程中氧化体系摩尔数、反应温度、时间等对产物收率的影响,并确定最佳反应条件是:K3Fe(CN)6用量为0.1mol,Na2S2O8为0.25mol,反应温度为-5～0℃,反应时间为4h。     

五氧化二氮/硝酸/乙酸酐体系的拉曼光谱

研究了五氧化二氮/硝酸/乙酸酐体系溶剂体积比对硝解3,7-二硝基-1,3,5,7-四氮杂双环[3.3.1]壬烷(DPT)合成环四亚甲基四硝胺(HMX)的影响。结果表明:在V硝酸∶V乙酸酐=3∶2时,HMX的最高收率为87.9%。拉曼光谱研究显示,随着乙酸酐比例的增加,体系中的硝酰阳离子浓度逐渐降低并出现硝酰阳离子振动频率的显著红移,呈现五氧化二氮离子对中弯曲变形的硝酰阳离子浓度呈先增加后降低的趋势。五氧化二氮处于一定的离子对及自由离子范围之间,并且溶剂体系具有一定的供电子效应,可能具有适宜的硝化能力和较高的反应性,有利于HMX的合成。     

甲苯催化硝化反应研究进展

综述了近年来国内外甲苯催化硝化反应的研究进展,主要包括硝化剂的研究,催化剂的研究两个方面,简要评论了这些方法的优缺点。在此基础上,分析了甲苯催化硝化反应在可持续发展方面的需求,并展望了其研究方向。指出以五氧化二氮为硝化剂的甲苯酸式盐催化硝化是一种极具工业化应用前景的绿色硝化方法。     

TMPSHSO4催化N2O5/有机溶剂硝化2,6-二乙酰氨基吡啶-1-氧化物

以2，6-二乙酰氨基吡啶-1-氧化物（DAPO）为原料，在Ⅳ，Ⅳ，Ⅳ-三甲基-N-丙磺酸基-硫酸氢铵（TMPSHSO4）催化条件下，采用N2O5／有机溶剂硝化2，6-二乙酰氨基毗啶制得2，6-二氨基-3，5-二硝基吡啶-1-氧化物（ANPyO）。考察了在TMPSHSO4催化条件下反应溶剂、温度和时间对ANPyO产率的影响，结果表明最佳反应条件为：反应溶剂为CH3NO2，反应温度为60℃，反应时间为5h，ANPyO产率为92．5％。用^1HNMR，IR和MS对ANPyO的结构进行了表征。     

工艺参数对电氧化合成五氧化二氮的影响

采用RuO2-IrO2/Ti阳极和IrO2/Ti阴极、聚四氟乙烯隔膜和半连续板框式电解槽,在恒电压条件下研究了工艺参数对N2O4电氧化合成N2O5过程的影响。结果表明,阳极液中N2O4初始浓度低于45%时,电流效率随N2O4初始浓度增大而增大,比能随N2O4初始浓度增大而降低;当N2O4初始浓度超过45%时,两者均趋于恒定。阳极液中N2O4初始浓度对N2O5收率影响很小。电解液流量越高,电流效率和N2O5收率越高、比能越低。随反应温度增高,电流效率和N2O5收率先增大而后减少,比能的变化趋势则相反。适宜的反应条件为:阳极液中N2O4初始浓度45%、反应温度6℃、电解液流量63 mL.min-1。     

多磷酸法由DPT制备HMX研究

本法采用新型硝化剂ＨＮＯ３－Ｐ２Ｏ５－ＮＨ４ＮＯ３硝解ＤＰＴ制备ＨＭＸ，并用日立６３５型高效液相色谱肖解混合物ＨＭＸ／ＲＤＸ中的ＨＭＸ含量，测定ＨＭＸ得率。实验结果表明：本法制得的ＨＭＸ得率大于６０％，已接近用醋酐法由ＤＰＴ制备ＨＭＸ的得率，这是非醋酐法制备ＨＭＸ取得的新进展。     

无水硝酸中N2O4和N2O5含量的分析

采用滴定法和滴定与核磁共振(NMR)谱相结合的方法分析了N2O4N2O5HNO3体系各组分的含量,并对滴定法和滴定与NMR谱相结合法的分析结果进行了比较,研究了不同的氧化剂、取样方式以及不同的溶剂对分析结果的影响。结果表明滴定法和滴定与核磁共振光谱相结合法分析N2O4N2O5HNO3体系是可行的。硫酸铈作为氧化剂较高锰酸钾作为氧化剂的分析结果准确度高;安瓿球取样较移液管取样分析结果准确;纯水作为溶剂较氢氧化钠作为溶剂的分析结果的重现性好、准确度高。     

清洁硝化工艺的研究与发展

介绍了当前研究开发中的几种芳烃的清洁硝化工艺，包括液相硝化和气相硝化。这些反应通过改变硝化剂和使用相应的催化剂和介质，不仅成功地避免了浓硫酸的使用，而且提高了原子经济性，具有良好的环境效益。最后探讨了这些新型硝化工艺的发展前景。     

硝化体系及温度对硝化棉含氮量均匀性的影响

以精制棉为原料,采用HNO₃/H₂SO₄/H₂O和HNO₃/CH₂Cl₂两种硝化剂体系制备硝化纤维素,通过偏光显微镜分析测试了硝化产品的氮量及氮量分布（硝化均匀性）,系统研究了硝化体系组成及硝化温度对硝化棉氮量及均匀性影响规律。研究结果表明：HNO₃/H₂SO₄/H₂O体系中水含量的增加会显著降低硝化棉产物含氮量,但适当增加水含量有利于得到氮量分布更为均匀的硝化棉;硫酸含量高的体系,制得的硝化棉氮量高,但硝化的均匀性变差;硝化棉含氮量均匀性随HNO₃/CH₂Cl₂中HNO₃含量增加先升高、后下降直至保持不变;增加硝化温度,有利于酯化试剂扩散,硝化棉含氮量分布均匀性有所增强。     

新型酸性离子液体催化下甲苯的选择性硝化

用HNIL-NO_3~-和HNIL·HSO_4~-新型酸性离子液体为Lewis酸催化剂,考察了催化剂种类、用量、硝化反应时间、温度、醋酐等因素对甲苯选择性硝化反应的影响,并研究了催化剂的循环使用效果.结果表明,醋酐存在条件下,以CCl_4为溶剂、95%发烟硝酸为硝化剂,温度控制在55℃,反应60 min,3.0 g HNIL·HSO_4~-新型酸性离子液体催化剂对甲苯硝化表现出较强的区域选择性,产物收率达到99.4%,硝化产物邻位和对位异构体的重量比达1.12,较硝硫混酸的1.67显著降低.该催化剂可循环使用5次,催化活性变化很小.