3,6-二肼基-1,2,4,5-四嗪及其盐的合成与表征

以三氨基胍盐酸盐和2,4-戊二酮为原材料,通过成环反应,氧化脱氢,肼基取代,三步合成了3,6-二肼基-1,2,4,5-四嗪,同时,对3,6-二肼基-1,2,4,5-四嗪的含能盐的合成进行了研究。对文献报道的反应路线进行了适当的放大研究。通过红外光谱分析、元素分析、质谱分析和1HNMR等方法对产物的结构特征进行了鉴定。     

国外四嗪四唑类高氮含能材料研究进展

对国外正在研究的四嗪、四唑类高氮含能材料进行了综述,介绍了部分四嗪、四唑类高氮化合物及其衍生物的合成、理化性质和应用前景,对国外研究的3,6-二肼基-1,2,4,5-四嗪(DHT)、3,3′-偶氮(6-氨基-1,2,4,5-四嗪)(DAAT)、3,6-双(1氢-1,2,3,4-四唑-5-氨基)-1,2,4,5-四嗪(BTATz)、联四唑(BHT)等进行了重点描述。     

三硝基乙基四嗪化合物的合成与表征

以3,6-对(3,5-二甲基吡唑)-1,2,4,5-四嗪(BT)为前驱体,经亲核取代得到3,6-二氨基-1,2,4,5-四嗪(DAT),再氧化偶联合成3,3'-偶氮-双(6-氨基-1,2,4,5-四嗪)(DAAT),DAAT与2,2,2-三硝基乙醇反应得到3,3'-偶氮双(6-(N-2,2,2-三硝基乙基)氨基-1,2,4,5-四嗪)(BATAT)。采用核磁、质谱等分析手段对其进行表征,用Monte-carlo方法计算得到BATAT的密度为1.827 g·cm-3,用Kamlet-Jacobs方程估算得到BATAT爆速和爆压分别为8.76 km·s-1和34.11 GPa。     

3,6-双(1氢-1,2,3,4-四唑-5-氨基)-1,2,4,5-四嗪的合成研究

研究了高氮化合物3,6-双(1氢-1,2,3,4-四唑5-氨基)-1,2,4,5-四嗪(BTATz)的合成,并通过元素分析、IR、1H NMR、13C NMR等对其结构进行表征和确认.     

3,6-双胍基-1,2,4,5-四嗪及其盐的合成工艺改进

以三氨基胍硝酸盐、戊二酮为起始原料,经缩合、氧化、取代、盐化等反应合成了3,6-双胍基-1,2,4,5-四嗪(DGTZ)及其高氯酸、硝酸、NTO盐,并采用红外光谱、核磁、DSC等分析手段确定它们的结构;对关键步骤氧化反应进行了改进,发现以亚硝酸钠/乙酸氧化新法,原材料易得,操作简便,收率较高,具有工业扩试前景。     

3,6-二氨基-1,2,4,5-四嗪的合成与表征研究

介绍了3,6-二氨基-1,2,4,5-四嗪的合成步骤和合成工艺,并且通过红外、元素、质谱和核磁共振氢谱等方法对其结构特征进行了鉴定.     

3,6-二(3,5-二甲基吡唑-1-基)-1,2,4,5-四嗪的晶体结构

采用NO2氧化3,6-二(3,5-二甲基吡唑-1-基)-1,2-二氢-1,2,4,5-四嗪(BDT)制备了3,6-二(3,5-二甲基吡唑-1-基)-1,2,4,5-四嗪(BT),在无水乙醇中用缓慢蒸发法培养了其单晶,用X射线衍射分析确定了其晶体结构。结果表明,分子属于单斜晶系,P21/c空间群,晶体学参数为a=1.096 nm,b=1.651 nm,c=0.714 nm,β=103.895(4)°,Z=4。     

3,6-二氨基-1,2,4,5-四嗪-1,4-二氧化物的合成放大与性能研究

以3,6-对(3,5-二甲基吡唑)-1,2-二氢-1,2,4,5-四嗪(BDT)为起始物,经两步反应得到了30克级3,6-二氨基-1,2,4,5-四嗪-1,4-二氧化物(DATZO2),总产率46.8%。其中,以用氧气取代氮氧化物为氧化剂获得了合成四嗪类高氮含能材料的重要中间体3,6-对(3,5-二甲基吡唑)-1,2,4,5-四嗪(BT)。对不同合成条件和重结晶条件下获得产物的微观结构进行了表征,并对其感度进行了测试。对产物的热分解性能进行了研究,获得了DATZO2的热分解动力学参数和机理函数。     

3,6-双（1-氢-1,2,3,4-四唑-5-氨基）-1,2,4,5-四嗪的合成及其性能

研究了低感度高氮化合物3,6-双(1-氢-1,2,3,4．四唑-5-氨基)-1,2,4,5-四嗪(BTATz)的合成,并通过元素分析、IR、1HNMR、13CNMR等对其结构进行表征和确认;测试了BTATz的部分理化性能,BTATz在钝感炸药和低特征信号推进剂极具应用潜力。     

高能氧化剂N-氧化-3'3-偶氮-双(6-氨基-1,2,4,5-四嗪)合成与性能

以3,6-二氨基-1,2,4,5-四嗪为原料,经高锰酸钾、双氧水/三氟乙酸酐两步氧化反应得到高能氧化剂N-氧化-3'3-偶氮-双(6-氨基-1,2,4,5-四嗪)(DAATO3.5),总收率为53.1%。用红外光谱、核磁共振以及元素分析表征了其结构。探讨了双氧水/三氟乙酸酐氧化的反应机理。确定其适宜反应条件为:3,3'-偶氮-(6-氨基-1,2,4,5-四嗪)(DAAT)/(CF3CO)2O/H2O2料比1∶12.5∶11,反应时间20 h,反应温度20~25℃。用DSC和TG-DTG研究了DAATO3.5的热行为,其热分解峰温为254.6℃,表明DAATO3.5有良好的热稳定性。DAATO3.5密度为1.840 g·cm-3,摩擦感度100%(90°摆角),撞击感度100%(10 kg,25 cm)。     

BTATz二聚体分子间相互作用的理论计算

在DFT-B3LYP/6-31G*水平下,求得3,6-双(1-氢-1,2,3,4-四唑-5-氨基)-1,2,4,5-四嗪(BTATz)二聚体势能面上6种优化几何构型和电子结构。经基组叠加误差(BSSE)和零点能(ZPE)校正,求得分子间最大相互作用能为-68.82 kJ.mol-1。由自然键轨道(NBO)分析揭示了分子间相互作用的本质。对优化构型进行振动分析,并基于统计热力学求得200.0～800.0 K温度范围从单体形成二聚体的热力学性质变化,发现二聚主要由强氢键所贡献。二聚过程在200.0～400.0 K均能自发进行。     

稠环类1,2,4,5-四嗪衍生物结构和性能的理论研究

运用密度泛函理论DFT-w B97/6-31+G**方法研究了14种稠环类1,2,4,5-四嗪衍生物的几何结构、前线轨道能量和生成焓(ΔH_f)。在此基础上运用Kamlet-Jacobs方程估算衍生物的爆轰性能;运用统计热力学,计算了标题化合物在200~800 K的热力学性质;比较了1,2,4,5-四嗪衍生物的生成焓和爆轰性能。结果表明,稠环四嗪衍生物爆速(D)和爆压(p)与所含N原子数具有良好的一次线性相关关系,其生成焓为527.49~1122.53 k J·mol~(-1),爆速为5.59~8.65 km·s~(-1);随温度升高,标准摩尔热容(Cp,m)、标准摩尔熵(Sm)和标准摩尔焓(Hm)逐渐增大。化合物T7(C_2N_7H_2)和T72(C_2N_(10)H_2)可以作为高能量密度材料(HEDM)候选物。     

五种呋咱衍生物的新法合成

改进3-(N-2,4,6-三硝基苯基)-氨基-4-硝基呋咱、3-氨基-4-(1H-5-四唑基) 呋咱、3-硝基-4-(1H-5-四唑基) 呋咱、 3,3′-(1H-5-四唑基)-4,4′-偶氮呋咱及3-氨基-4-(4-氰基-5-氨基-1-1,2,3-三唑基) 呋咱的合成方法,反应条件相对温和,产率相应提高: 3-氨基-4-硝基呋咱与2,4,6-三硝基氯苯(苦基氯) 反应以36.1%的收率制得3-(N-2,4,6-三硝基苯基)-氨基-4-硝基呋咱; 3-氨基-4-氰基呋咱和叠氮基成环得到3-氨基-4-(1H-5-四唑基) 呋咱,产率90.9%; 以高锰酸钾为氧化剂氧化3-氨基-4-(1H-5-四唑基) 呋咱合成出86.8%的3,3′-(1H-5-四唑基) -4,4′-偶氮呋咱,以30%的双氧水、钨酸钠及甲磺酸为氧化体系则得到75.6%的3-硝基-4-(1H-5-四唑基) 呋咱; 3-氨基-4-叠氮基呋咱与丙二腈作用制得3-氨基-4-(4-氰基-5-氨基-1-1,2,3-三唑基) 呋咱,产率为91.8%; 采用核磁、红外、质谱等分析手段对所合成化合物进行结构表征。      

6-偕二硝基乙烯基-4,5,8-三硝基-5,6,7,8-四氢化-4H-咪唑烷并[4,5-e]呋咱并[3,4-b]哌嗪的合成（英）

以FOX-7和乙二醛为原料,经过两步缩合环化反应和硝化反应,首次设计并合成出了一种新型的呋咱稠环硝胺化合物6-偕二硝基乙烯基-4,5,8-三硝基-5,6,7,8-四氢化-4H-咪唑烷并[4,5-e]呋咱并[3,4-b]哌嗪(PNEIFP)。采用Gaussian 09程序和VLW方程计算PNEIFP的密度、生成焓和爆速分别为2.02 g·cm-3、724.1 kJ·mol-1和9681.0 m·s-1。利用TLC跟踪实验的方法,确定PNEIFP室温下易分解。     

1,2,3,4-四嗪-1,3-二氧化物含能材料的研究进展

1,2,3,4-四嗪-1,3-二氧化物是构建高能量密度材料的含能结构单元。重点介绍了关键中间体邻氨基叔丁基氧化偶氮化合物的两种合成方法以及环化合成1,2,3,4-四嗪-1,3-二氧化物的技术途径,系统综述了苯并1,2,3,4-四嗪-1,3-二氧化物衍生物、吡啶并1,2,3,4-四嗪-1,3-二氧化物衍生物、单环1,2,3,4-四嗪-1,3-二氧化物的合成方法;重点介绍了典型含能化合物呋咱并[3,4-e]-1,2,3,4-四嗪-4,6-二氧化物(FTDO)及1,2,3,4-四嗪并[5,6-e]-1,2,3,4-四嗪-1,3,5,7-四氧化物(TTTO)的研究进展。     

红色烟火着色剂MOF[Sr2(DTDA)(H2O)6]n的制备与性能

以富氮羧酸类分子2,2'-(3,3'-偶氮-双(1H-1,2,4-三唑-5基))二乙酸(H2DTDA)与氢氧化锶八水合物为原料,在水热条件下制备了一种金属有机框架(MOF)结构的新型红色烟火着色剂[Sr_2(DTDA)(H_2O)_6]_n(1);采用傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、X射线单晶衍射(XRD)、粉末X射线单晶衍射(PXRD)和元素分析等对化合物结构进行了表征;采用热重法(TG)-差示扫描量热法(DSC)、BAM标准法测试了化合物1的热性能和感度性能;设计了烟火剂配方,对化合物1应用于红色烟火着色剂的可行性进行分析。结果表明,化合物1是一种具有二维空间结构的MOF材料,其层状结构之间存在丰富的氢键作用;放大合成的水热实验同样可以得到高纯度的化合物1;撞击感度为80 J,摩擦感度 360 N;化合物1可作为红色着色剂应用于烟火剂配方中。     

纳米TATB中杂质结构与形成机理（英）

纳米TATB是一种高能钝感炸药,在其制备过程中会产生一些杂质.采用液态13C NMR、X射线光电子能谱和理论模拟方法研究了可能杂质的结构.结果表明,这种杂质是TATB分子的质子化合物,命名为1,3,5-三氨基-2,4,6-三硝基-2,5-环己二烯硫酸氢盐.依据量子化学方法,这种杂质可能的形成机理是在溶解过程中,TATB分子被浓硫酸中的H原子质子化.     

1-甲基-3-氨基-5-硝基-1,2,4-三唑的合成新工艺

以甲基肼为原料,与盐酸反应得到盐酸甲基肼,再与二氰二胺在50℃进行缩合环化反应,调节溶液pH值,经重氮化反应合成含能化合物1-甲基-3-氨基-5-硝基-1,2,4-三唑(DNMT),总收率62.3%,纯度99.4%,并用红外光谱、核磁共振、质谱、元素分析等方法表征了其结构。探讨了缩合环化反应工艺条件,确定适宜的反应条件为:溶剂为乙醇,n(C2H3N4)∶n(NH2NHCH3.2HCl)=1∶1.1,pH=8~9,成盐组分是盐酸,重结晶溶剂为丙酮。     

耐热炸药ZXC-20的合成与性能

以2,3,4-三氟硝基苯为原料,采用硝化、成环及再硝化三步反应合成了12,52-二氟-1^4,1^6,3^4,3^6,5^4,5^6,7^4,7^6-八硝基-2,4,6,8-四氧桥连-1,3,5,7(1,3)-杯[4]芳烃(ZXC-20)。采用溶剂挥发法得到ZXC-20·EtOH的单晶,并利用X射线单晶衍射技术表征了该单晶结构。用全自动真密度仪和综合热分析仪测定该化合物的密度和热稳定性,并采用EXPLO5 v6.01程序预测了其爆轰性能。结果表明,ZXC-20晶体属于P1空间群,晶胞参数为a=10.620(6)?,b=10.641(6)?,c=16.549(12)?。V=1524.5(16)?^3,Z=2,F(000)=788.0;在298 K下,ZXC-20的实测密度为1.912 g·cm^-3,热分解温度为333.76℃,理论爆速和理论爆压分别为8070 m·s^-1和29.5 GPa,均优于TATB,是一种潜在的含氟耐热炸药。     

全氮材料基础性能理论研究:Ⅱ.生成焓预测

为了准确预测全氮材料的生成焓,基于原子化反应,采用B3PW91、B3P86、B3LYP、X3LYP、O3LYP、M052X、M062X、M06HF、B2PLYP 9种密度泛函分别对52种多氮化合物的气相生成焓进行了计算。通过与实验数据对比,双杂化泛函B2PLYP的平均绝对偏差最小,为30.1 k J·mol~(-1),且优于G4方法,选择该泛函计算了N_4(T_d)、_N6(D_(3h))、N_8(O_h)、N_(10)(D_(5h))及N_(12)(D_(6h))5种全氮分子的气相生成焓,计算结果依次为756.4,1338.2,1878.5,2144.3,2787.0 k J·mol~(-1)。