3, 3′-二（3-氨基呋咱基氧化呋咱-4-基）-4, 4′-偶氮呋咱的合成与表征

含呋咱(氧化呋咱)环的含能化合物具有许多优异的炸药性能: 标准生成焓高,富含氮氧,能量密度优异,分子稳定性好,熔点较低,是炸药界研究热点之一.3,4-二(氨基呋咱基)氧化呋咱(BAFF)爆速较高,热稳定性良好,机械感度低,是一种新型高能低感炸药.本课题组以其为基本结构单元通过偶氮、氧化偶氮等设计出了系列BAFF衍生物.本文首次报道了该类衍生物之一--3,3′-二(3-氨基呋咱基氧化呋咱-4-基)-4,4′-偶氮呋咱(BAFFaF)的合成与表征.     

3，3＇-二（3-氨基呋咱基氧化呋咱-4-基）-4，4＇-偶氮呋咱的合成与表征

含呋咱（氧化呋咱）环的含能化合物具有许多优异的炸药性能：标准生成焓高，富含氮氧，能量密度优异，分子稳定性好，熔点较低，是炸药界研究热点之一。3，4-二（氨基呋咱基）氧化呋咱（BAFF）爆速较高，热稳定性良好，机械感度低，是一种新型高能低感炸药。本课题组以其为基本结构单元通过偶氮、氧化偶氮等设计出了系列BAFF衍生物。本文首次报道了该类衍生物之一——3，3＇-二（3-氨基呋咱基氧化呋咱-4-基）-4，4＇-偶氮呋咱（BAFFaF）的合成与表征。     

3,4-二(氟二硝甲基)氧化呋咱:一种高密度氧化剂

以3,4-二(偕氯肟基)氧化呋咱为原料,经过重氮化、硝化、成盐及氟化合成了一种含氟二硝基甲基的高密度氧化剂3,4-二(氟二硝甲基)氧化呋咱,利用红外光谱、核磁共振(~(13)C NMR和~(19)F NMR)、元素分析对3,4-二(氟二硝甲基)氧化呋咱进行了结构表征。采用差示扫描量热技术(DSC)研究了3,4-二(氟二硝甲基)氧化呋咱的热分解过程。采用密度泛函理论方法,在B3LYP/6-31+G(d, p)水平上优化了3,4-二(氟二硝甲基)氧化呋咱分子构型,预估了理论密度(ρ)、标准生成焓(Δf H(s))、爆速(D)和爆压(P)。结果表明,3,4-二(氟二硝甲基)氧化呋咱的热稳定性良好,在高温下具有挥发特性;3,4-二(氟二硝甲基)氧化呋咱的ρ、Δf H(s)、D和P值分别为2.01 g/cm~3、-78.6 k J/mol、9 025 m/s和38.5GPa,是一种能量水平较高的氧化剂。     

3,3′-双[三硝甲基-ONN-氧化偶氮基]氧化偶氮呋咱的合成与性能（英）

以3,3'-双[单硝甲基-ONN-氧化偶氮基]氧化偶氮呋咱为原料,经过硝化,二次硝化两步反应合成了3,3'-双[三硝甲基-ONN-氧化偶氮基]氧化偶氮呋咱(BTNAF),总收率为68.7％;首次利用示差扫描量热法(DSC)研究了BTNAF的热行为,其熔点为59～61℃,分解温度为183.6℃,放热量为1989 J·g-1;通过高斯计算,对比了BNMAF,BDNAF和BTNAF的物化性能和爆轰性能,结果表明,BDNAF(爆速9560 m·s-1,爆压42.40 GPa)和BTNAF(爆速8944 m·s-3,爆压38.48 GPa)是潜在的性能突出的含能化合物.     

异呋咱类熔铸炸药载体分子设计与性能研究

以新型熔铸炸药载体为研究目标,以异呋咱为基本结构单元,设计了7种异呋咱含能化合物,运用密度泛函理论,在多个基组水平上分别研究了异呋咱含能衍生物的几何结构、密度、生成焓、爆轰参数、键离解能、静电势和撞击感度。基于基团贡献理论,预测了设计化合物的熔点。结果表明：所设计的7种化合物密度分布在1.807～1.939 g/cm³,爆速分布范围为8.4～9.7 km/s,熔点范围为61～118 ℃,撞击感度分布范围为13～54 cm;除硝酸酯基衍生物外,其余化合物的最弱键离解能范围为240～250 kJ/mol. 根据理论计算结果,筛选出两种潜在的高能量异呋咱熔铸炸药载体：2,2'-二 硝基偶氮双异呋咱和3,5-二硝基呋咱基氧化异呋咱,其熔点分别为80 ℃和118 ℃,特性落高分别为20 cm和23 cm,能量水平均接近3,4-二硝基呋咱基氧化呋咱。     

3,3'-双[三硝甲基-ONN-氧化偶氮基]氧化偶氮呋咱的合成与性能（英文）

以3,3'-双[单硝甲基-ONN-氧化偶氮基]氧化偶氮呋咱为原料,经过硝化,二次硝化两步反应合成了3,3'-双[三硝甲基-ONN-氧化偶氮基]氧化偶氮呋咱(BTNAF),总收率为68.7%;首次利用示差扫描量热法(DSC)研究了BTNAF的热行为,其熔点为59~61℃,分解温度为183.6℃,放热量为1989J·g~(-1);通过高斯计算,对比了BNMAF,BDNAF和BTNAF的物化性能和爆轰性能,结果表明,BDNAF(爆速9560m·s~(-1),爆压42.40GPa)和BTNAF(爆速8944m·s-3,爆压38.48GPa)是潜在的性能突出的含能化合物。     

新型熔铸炸药3,3′-双（二硝甲基-ONN-氧化偶氮基）三呋咱（BDNAF）的合成与性能

利用3,4-双(3'-氨基呋咱-4'-基)呋咱(BATF)和2,2-二甲基-5-硝基-5-亚硝基-1,3-二氧环己烷(DMNNDO)为原料,经氧化偶联、水解、溴化、还原和硝化五步反应首次合成新型含能化合物3,3'-双(二硝甲基-ONN-氧化偶氮基)三呋咱(BDNAF),通过红外(IR)、核磁(NMR)和元素分析(EA)对中间体和目标化合物进行结构表征.利用差示扫描量热法(DSC)研究了中间体3,3'-双(单硝甲基-ONN-氧化偶氮基)三呋咱(BNAAF)和目标化合物BDNAF的热行为;采用Gaussian 09程序和Explo 5(v.6.04)预估了BNAAF和BDNAF的物化及爆轰性能.结果表明:BNAAF没有熔点,热分解峰温为106.4℃,理论密度为1.82 g·cm-3,爆速为8298 m·s-1,爆压为29.0 GPa;BDNAF的熔点为95.4℃,第一分解峰温为170.5℃,理论密度为1.91 g·cm-3,爆速为9005 m·s-1,爆压为35.9 GPa,可作为一种新型熔铸炸药.     

含DAAzF的HMX基低感高能炸药研究

采用钝感炸药3,3′-二氨基-4,4′-偶氮呋咱(DAAzF)作为添加剂,设计了含DAAzF的奥克托今(HMX)基压装低感高能炸药配方,研究了配方的机械感度、冲击波感度、热安定性和爆轰性能.结果表明,细颗粒DAAzF能降低HMX的机械感度.在HMX基炸药中加入5%的DAAzF,可以得到一类爆速8650m·s-1以上、撞击感度低至0%且热性能好的压装型低感高能炸药.     

3,3′-二硝胺基-4,4′-氧化偶氮呋咱基含能离子盐的合成及性能（英）

以3,3′-二胺基-4,4′-氧化偶氮呋咱(AOF)为原料,经纯硝酸硝化得到3,3′-二硝胺基-4,4′-氧化偶氮呋咱(NOF)。通过复分解反应与多氮阳离子(碳酰肼(CBH)、氨基胍(AG))结合得到了两种新的含能离子盐—3,3′-二硝胺基-4,4′-氧化偶氮呋咱碳酰肼盐(NOF-CBH)和3,3′-二硝胺基-4,4′-氧化偶氮呋咱氨基胍盐(NOF-AG)。通过¹H NMR、¹³C NMR、IR及元素分析表征了化合物的结构。用TG-DTG研究了化合物的热行为。采用量子化学方法对比研究了NOF及其阴离子NOF^2-的几何构型。预估了化合物的爆轰性能。结果表明,NOF-CBH和NOF-AG的初始分解温度分别为144.9,151.6 ℃,高于NOF的90 ℃。NOF-CBH和NOF-AG的标准摩尔生成焓分别为515.86 kJ·mol^-1和815.96 kJ·mol^-1,密度分别为1.82 g·cm^-3和1.75 g·cm^-3,理论爆速均大于8500 m·s^-1。     

几种呋咱含能衍生物的性能研究

研究了包括3, 3′二硝基4, 4′氧化偶氮呋咱(DNOAF)、N,N′二(硝基呋咱基)草酰胺DNFOA和5, 5′二(叠氮甲基) 3, 3′联异呋咱(DABIF)的一系列二呋咱化合物的性能。其中,DABIF和DNFOA的特性落高分别为(68±3)cm和82cm(H50, 5kg落锤),可望作为不敏感炸药应用。根据Kamlet方程计算得到DNFOA的理论爆速D=8560m·s-1,爆压pCJ=33. 6GPa,DNOAF的理论爆速D=9390m·s-1,爆压pCJ=40. 5GPa。按照以20%呋咱含能化合物代替某NEPE推进剂,计算表明,DNOAF基推进剂的比冲为269. 1s-1,高于HMX基NEPE推进剂的比冲268. 6s-1,可知DNOAF爆轰性能优良。     

高能三唑铜配合物Cu(DNABT)(NH3)2-x(NH2NO2)x的结构和性能理论研究

基于N,N′-二硝氨基-3,3′-二硝基联三唑(DNABT)二齿含能配体和金属元素铜,采用含能小配体NH3和NH2NO2对结构和性能进行调控,设计了三种新型含能富氮金属配合物:Cu(DNABT)(NH3)2-x(NH2NO2)x(x=0,1,2)。采用密度泛函理论等方法对其分子、电子和晶体结构,及生成热、密度、爆速爆压和撞击感度等性质进行了计算模拟。结果表明,Cu与小配体之间的配位键是结构中比较弱而容易诱发分解的部分。小配体的类别和数量对配合物的结构和不同性能都有显著影响,且对各种性能的影响不同。三种配合物具有高密度(2.07~2.13 g·cm^-3)、优良的能量性质(爆速:8.44~9.12 km·s^-1,爆压:34.2~40.0 GPa)和可接受的感度(7~22 cm),x=1时,配合物的能量水平优于黑索今且感度与其接近,是潜在的高能量密度化合物。     

硝基吡唑类衍生物的结构和爆轰性能的理论研究

采用B3LYP/6-311G**方法对24种硝基吡唑类衍生物体系进行了全优化,几何优化结果表明所有化合物均无虚频,为势能面上的稳定结构;采用Monte-Carlo方法理论估算了24种化合物的密度,并设计等键等电子反应计算了其生成焓;运用Kamlet-Jacobs预测了爆速、爆压,其爆速在6.42～9.00 km.s-1之间。结果表明:吡唑环上有一定的芳香性,所设计的系列硝基吡唑化合物能量较高,是有潜力的含能材料候选物。     

1,1'-二氧基-5,5'-联四唑双三氨基胍盐合成及其分子构型和爆轰性能的量子化学预估

以乙二醛和盐酸胍等为原料,制备一种新的含能离子盐—1,1'-二氧基-5,5'-联四唑双三氨基胍盐,采用红外光谱、元素分析、核磁共振波谱对其结构进行了表征,运用密度泛函理论(DFT)方法,在B3LYP/6-31+G**水平下计算得到该化合物的几何结构、前线轨道能量;测试该化合物的密度为1.78 g/cm3,基于Bron-Haber能量循环设计等键反应并通过Kamlet-Jacobs公式预测该化合物的生成热、爆速、爆压分别为710.5 k J/mol、9.01 km/s、34.88 GPa.     

高性能炸药3,6-双-（3,5-二硝基-1,2,4-三唑基）-1,2,4,5-四嗪的理论估算概述（英）

1 IntroductionThe determination of detonation performance,sensi-tivity and thermochemical properties of a new energeticcompound prior of its actual synthesis is appreciated toexplosive user because they can help to reduce the costsassociated with its synthesis,test and evaluation as wellas to eliminate poor candidate.Some properties such ascrystal density,heat of formation,detonation pressure,detonation velocity and sensitivity would permit the selec-tion of only the most promising substances …     

两种多硝基偶氮苯类含能化合物的合成及其性能

为了研制新型耐热含能材料,合成了2,2′,4,4′,6,6′六氯3,3′,5,5′四硝基偶氮苯(HCTNAB)和4,4′二氯2,2′,3,3′,5,5′六硝基6,6′二甲氧基偶氮苯(DCHNDOCAB)两种新型的多硝偶氮苯化合物,通过元素分析、FTIR、X射线单晶衍射等表征了合成产物结构,应用DSC和TG DTG研究了其热稳定性,其中HCTNAB分解温度为266.8℃,DCHNDOCAB分解温度为269℃。基于Gaussian09程序、在6311++G^**基组水平上用B3LYP法对DCHNDOCAB分子结构进行优化和性能预估。研究发现:HCTNAB的是一种重要的含氯含能中间体;计算得DCHNDOCAB的爆速达到7117m s^-1,爆压为21.0GPa,有望成为一种新型的偶氮类耐热炸药。     

含能材料量子化学计算方法综述

概述了量子化学基础理论,详细综述了含能材料关键参数(密度、生成热、爆热、爆速、爆压和撞击感度)的计算方法,并比较这些方法的特点和适用范围。介绍了CHEET A、EXPLO5等计算软件在含能材料领域的应用。最后,为满足新一代材料高能稳定与绿色环保的综合要求,设计了20种新型高氮含能分子,运用上述量子化学方法估算了其物化和含能性质,并提出了新型含能化合物的设计原则:(1)高氮分子骨架;(2)零氧平衡;(3)基团调节修饰,以期促进含能材料的发展。附参考文献76篇。     

新型熔铸炸药5-甲基硝酸酯-1,5-二硝基噁嗪烷：合成、晶体结构与性能

为系统研究氮氧杂六元环含能化合物,以硝基甲烷、叔丁胺与甲醛溶液为起始原料,经缩合环化构建噁嗪环骨架,硝化获得新型熔铸炸药5-甲基硝酸酯-1,5-二硝基噁嗪烷(TNOP),总收率为46.2%。并采用红外光谱、¹H NMR、¹³C NMR及元素分析等进行了结构表征,培养了TNOP单晶,晶体结构为正交晶系,空间群为Pbca,Z=8,晶体密度1.722 g·cm^-3;采用DSC与TG-DTG法研究了TNOP的热行为;其熔点为110.8℃、分解点为203.5℃;研究了TNOP的爆轰与安全性能,其理论爆速8112 m·s^-1、计算爆压29.23 GPa、固相生成焓-346.6 kJ·mol^-1、撞击感度ISTNOP>50 J。研究结果表明,TNOP结构独特,利用N—NO2、C—NO2以及—ONO2等含能基团协同调控其能量,具有合成工艺便捷、能量较高、熔点较低、不敏感的特点,可作为潜在的熔铸炸药应用于武器装备中。     

呋咱并［3,4-e］-1,2,3,4-四嗪-1,3-二氧化物(FTDO)分子结构及性质的理论研究

采用密度泛函方法在B3LYP/6-31+G(d,p)水平上对呋咱并[3,4-e]-1,2,3,4-四嗪-1,3-二氧化物(FTDO)的结构进行了优化,并分析了其红外振动吸收,计算得到FTDO密度为1.860 g.cm-3,氧平衡为-10.25%,生成焓为661.0 kJ.mol-1。以FTDO为单质炸药计算得到其爆容为718 L.kg-1,爆速达9493 m.s-1,爆压达40.76 GPa。与现有的高能量密度材料HMX比较,密度和爆容小于HMX,其余性能均优于HMX。     

KDNP与KDNP·H_2O的量子化学研究

以Materials Studio软件为基础,使用Dmol3模块以B3LYP/DNP方法对7-羟基-4,6-二硝基-5-氢-苯并呋咱钾(KDNP)和7-羟基-4,6-二硝基-5-氢-苯并呋咱钾的一水化物(KDNP·H_2O)进行了分子性质模拟预测,并对KDNP和KDNP·H_2O晶体的爆轰性质进行了模拟计算。计算结果表明KDNP分子结构具有共面性,而KDNP·H_2O中H_2O分子与苯并氧化呋咱环异面,二面角为29.35°;键级计算推断出两种分子均具有一定共轭性。静电势预测出KDNP·H_2O比KDNP有较高的撞击感度。计算所得前线轨道能量差KDNP·H_2O比KDNP小。根据以上计算结果使用最易跃迁法预测出KDNP·H_2O较KDNP敏感。此外,KDNP·H_2O晶体的爆轰性能与KDNP不带结晶水的晶体基本处于同一水平。