咪唑桥连唑类含能化合物的合成与性能研究进展

咪唑基含能化合物具有优异的热稳定性、良好的修饰性和适当的环张力,是高能材料的重要研究方向。围绕联咪唑、咪唑联三唑、咪唑联四唑等咪唑桥连唑类含能化合物及其离子盐的合成、性能与应用基础等方面进行了综述。分析可知,以单键、双键连接的双环咪唑类化合物,比相应的单环咪唑化合物具有更好的热稳定性和机械感度、更高的密度和爆轰性能,能够实现能量与安全的较好协调,但在单一咪唑环上引入富氮的含能基团、连接基团和离子盐在保证安全性的同时尚未实现高能量和高氮含量的兼顾。而将两种氮杂环结构通过C—C键或C—N键进行键合的联唑类化合物往往可以兼具两种氮杂环母体结构的骨架特点,是今后新型高氮高能化合物的重要发展方向。同时提出了基于咪唑联三唑或咪唑联四唑骨架构建高氮含量、高能量和良好安全性相协调的咪唑桥连双环唑类含能化合物的有效策略。     

C—N键联唑类高氮含能化合物1-(1H-1,2,4-三唑-3-基)-1H-四唑金属盐的合成与性能

通过C—N键联唑类高氮含能化合物1(?1H?1,2,4?三唑?3?基)?1H?四唑分别与相应的氢氧化物或碳酸盐反应,合成了7种未见报道的1(?1H?1,2,4?三唑?3?基)?1H?四唑金属盐。利用元素分析、红外光谱、质谱等对其结构进行了表征,首次培养得到了其中5种金属盐的单晶,测试了其晶体结构。运用差示扫描量热分析(DSC)研究了该系列金属盐的热稳定性,大部分金属盐均具有较好的热稳定性,其中锂盐脱水后的热分解温度最高(258℃)。利用等键反应计算了部分金属盐的生成焓,其中两种金属盐的生成焓高于1000 k J·mol~(-1)。运用EXPLO5软件估算其爆炸性能,并测试了撞击感度和摩擦感度,结果表明该系列金属盐属于钝感含能材料。     

1,2,4-噁二唑类含能化合物研究进展

1,2,4-噁二唑类含能化合物是近年来逐渐发展起来的一类新型含能材料,具有高密度、高氧平衡以及不敏感的特点。综述了关于单-1,2,4-噁二唑类、偶氮基-1,2,4-噁二唑类以及联-1,2,4-噁二唑类等三十余种含能化合物的最新合成研究成果,对部分化合物的性能进行了阐述,并结合1,2,4-噁二唑类含能化合物的性能特点,指出基于1,2,4-噁二唑环结构发展新型无卤氧化剂是较具潜力的发展方向。     

三唑类含能化合物研究进展

三唑类含能化合物是近些年发展的一类新型含能化合物,具有高生成焓、高氮含量和高热稳定性的特点。本文从分子结构出发,综述了单三唑类、双三唑类、吡唑基三唑类、噁二唑基三唑类和四唑基三唑类等40余系列含能化合物的最新合成研究成果,对部分化合物性能进行了阐述。并结合三唑类含能化合物的性能特点,指出基于构效关系设计新型三唑化合物,平衡能量-安全间的矛盾关系,是发展高能钝感三唑含能化合物的有效策略;在此基础上,设计合成笼状三唑含能化合物是较具潜力的发展方向,并提出筛选综合性能优异的三唑化合物开展应用研究。     

1,1'-二羟基-3,3'-二硝基-5,5'-联-1,2,4-三唑含能离子盐合成、晶体结构及性能

以1,1'-二羟基-3,3'-二硝基-5,5'-联-1,2,4-三唑(DNOBT)为原料,分别与3-氨基-1,2,4-三唑、草酰肼、二肼基四嗪反应合成了DNOBT的3-氨基-1,2,4-三唑盐(DNOBT-3-AT)、草酰肼盐(DNOBT-ODH)、二肼基四嗪盐(DNOBT-DHT)三种含能离子盐,用红外光谱、核磁及元素分析对其结构进行了表征;培养了DNOBT-3-AT的单晶,X射线衍射分析表明其晶体为单斜晶系,空间群为P2(1)/c;利用Gaussian 09程序和Kamlet-Jacobs方程计算了DNOBT-3-AT、DNOBT-ODH、DNOBT-DHT的物化与爆轰性能,采用差示扫描量热(DSC)研究了这三种化合物的热性能,结果表明,DNOBT-3-AT、DNOBT-ODH、DNOBT-DHT爆速分别为7736.4,7729.56,7974.64 m·s~(-1),爆压分别为26.8,26.74,28.56 GPa;第一个热分解峰温度分别为276.54,257.02,154.15℃,相较于DNOBT-ODH和DNOBT-DHT,DNOBT-3-AT具有更好的热稳定性。     

含能快递

<正>德国慕尼黑大学一步法合成出高热稳定含能离子盐含能离子盐近年来逐渐成为含能材料合成方向的一个研究热点。德国慕尼黑大学采用廉价易得的二氨基胍盐酸盐和草酸为原料,通过一步法合成合成出高热稳定含能离子盐。该化合物阳离子(4,4',5,5'-四氨基-3,3'-双-1,2,4-三唑阳离子)具有双芳三唑以及四个氨基的富氮分子结构,具有高热稳定性、生成热高、高密度、对机械刺激钝感的特性,将该阳离子与一些富氧的阴离子配对,合     

3,3′-双(2-硝胺基-1,3,4-噁二唑-4-基)-5,5′-联-1,2,4-噁二唑及其含能离子盐的合成及性能

以乙二肟为原料,经取代、环化、硝化等五步反应合成了四联环含能化合物3,3'-双(2-硝胺基-1,3,4-噁二唑-4-基)-5,5'-联-1,2,4-噁二唑(BNOBO)。利用BNOBO的酸性,设计、合成了BNOBO的铵盐、肼盐和羟胺盐等三种含能离子盐(5-7)。并采用红外光谱、核磁等进行了结构表征。采用溶剂挥发法培养了BNOBO铵盐的晶体,该晶体属于单斜晶系,C2/c空间群,晶胞参数为a=1 2.7490(8) nm,b=9.5957(7) nm,c=18.5965(12) nm,V=2272.1 (3) nm~3,Z=4。利用差示扫描量热(DSC)和热重(TG)等热分析方法研究了BNOBO及其三种离子盐的热性能,基于密度仪获得的实测密度,运用EXPLO5 v6.02软件计算了目标化合物的爆轰性能,并利用BAM感度仪测试了撞击和摩擦感度。研究结果表明,所得化合物中BNOBO的热分解温度最高为21℃,其密度最高为1.90 g·cm~(-3)、BNOBO的计算爆速和爆压分别达到8789 m·s~(-1)和32.7 GPa,离子盐5的撞击感度大于20J,摩擦感度为220 N。     

5-氨基-3-硝基-1,2,4-三唑的合成及反应性研究进展

5-氨基-3-硝基-1,2,4-三唑(ANTA)作为一种钝感炸药:撞击感度大于320 cm(Type12),密度1.819 g.cm-3,爆速约为8460 m.s-1,是一种重要的火箭推进剂。同时ANTA具有-NH、-NH2两个活性位点,可参与烷基化、芳基化、重氮化、氧化、离子化等多种反应。本研究概述了ANTA的结构特点,总结了其合成方法,归纳了以ANTA为基不同位点的相关反应及其一般规律,为合成新型低感高能化合物或高氮含能离子盐提供了参考。     

联氮杂芳环含能化合物研究进展

联氮杂芳环化合物是一类重要的富氮含能化合物,是国内外含能材料研究领域热点之一。氮杂芳环可通过N—N、C—N单键等不同键合方式而获得种类繁多的联氮杂芳环含能化合物,主要包含对称型与非对称型两类结构,也可按双环、三环及多环等环系特征进行分类。综述了呋咱、多氮唑等富氮环系通过N—N、C—N单键键合所形成的联氮杂芳环含能化合物研究进展,重点评述了联氮杂芳环的构建方法及其含能化合物合成技术途径探索,同时,简要介绍了典型联氮杂芳环含能化合物的物化与爆轰性能。发展简捷、高效及条件温和的新型环系合成方法,引入新型高能基团,设计新型联氮杂芳环含能化合物应是今后该领域研究的重点。     

亚胺基桥连的平面型富氮含能化合物的合成与性能

为了合成平面型的高能钝感富氮类含能化合物,以6-(3,5-二甲基吡唑)-[1,2,4]三唑[4,3-b][1,2,4,5]四嗪(1)为底物,与2,6-二氨基-3,5-二硝基吡嗪(2)在碱性条件下反应,合成了—NH—桥联的基于稠杂环体系的6-(2,6-二氨基-3,5-二硝基吡嗪)-1,2,4-三唑[4,3-b][1,2,4,5]四嗪(3),收率为81.3％.采用核磁、红外、X射线衍射等分析手段对化合物3的结构进行表征;利用差示扫描量热(DSC)研究了化合物3的热分解过程,其初始分解温度高达254.6℃;采用Gaussian 09 D.01和Explo5 V6.05.02软件计算化合物3的爆速和爆压分别为7568 m·s-1和23.5 GPa;采用BAM法测得化合物3的撞击感度和摩擦感度分别为12.5 J和240 N.结果表明化合物3具有较好的爆轰性能和较低的感度,同时较高的分解温度表明化合物3可以作为耐热性炸药.     

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。     

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。     

环脲硝胺类含能化合物的合成及性能研究进展

综述了环脲硝胺系列含能化合物的合成研究现状,指出该类化合物的合成方法主要有两种,即脲缩合-硝化法和小分子缩合-硝化法;与其他含能化合物相比,N-二硝基取代的环脲硝胺类化合物密度大,爆速高,水解稳定性差,初步讨论了形成这些特点的原因,揭示了这类化合物在含能材料领域具有不可忽视的作用与地位。     

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。     

5-Nitro-1,2,4-triazole-3-one: A review of recent advances（英）

The 3-Nitro-1,2,4-triazole-5-one (NTO) is a high energydensity materials of keen interest for both commercial and scientific worlds owing to its reduced sensitivity, better thermal stability and high performances. It plays a significant role to replace the current energetic ingredients. In this review, we summarize various strategies involved in the synthesis of NTO as well as the existing approaches to tailor its particle morphology and sizes. The most prominent properties of NTO, such as insensitivity and performance, which are usually required to produce efficient formulations,have been concisely discussed. In addition, this overview reports on some newer forms of NTO including derivatives and co-crystals available inthe literature, which can enhance the NTO features and extend its applications. The advantages and shortcomings of various NTO forms for specific and potential use are also highlighted together with the attempts made to overcome these issues. Therefore, efforts will certainly continue to improve characteristics and performances of NTO either by chemical modification or by co-crystallization in order to produce promisingformulations for widespread applications in the near future.     

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 …     

硝基吡唑及其衍生物的合成、性能及应用研究进展

硝基吡唑及其衍生物具有高生成热,良好的热稳定性和爆轰性能,在含能材料领域具有广阔的应用前景。从硝基吡唑及其衍生物的合成、性能及应用等角度对其近年来的研究进展进行了简要综述,梳理了硝基吡唑及其衍生物合成研究的发展方向和趋势,指出了今后研究的重点方向:认为必须探索、寻找新的合成路线并优化其工艺条件,缩短反应步骤、提高反应效率,实现硝基吡唑化合物高品质化、规模化、稳定化制备,进一步探索绿色环保、可循环使用的高效重排试剂、萃取剂及重结晶介质,加强1?甲基?3,4,5?三硝基吡唑(MTNP)与3,4?二硝基吡唑(3,4?DNP)的基础性能综合研究,开展其熔融?凝固后的体积收缩特性及安全性能研究,综合评估其在熔铸炸药中的应用可行性,拓展其在高能钝感炸药中的应用。     

5-甲基-4-硝基-1H-吡唑-3-(2H)-酮及其含能离子化合物的合成与性能

以乙酰乙酸乙酯为原料合成了一种新型含能化合物——5-甲基-4-硝基-1H-吡唑-3-(2H)-酮(MNPO),总收率68%,通过复分解反应和中和反应,由MNPO与一系列高氮阳离子反应,制备出了相应的含能离子化合物。采用X-射线单晶衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、核磁共振(~1HNMR、~(13)CNMR)谱、元素分析等手段对其结构进行了表征。利用热重法(TG)-差示扫描量热法(DSC)测定了其热分解温度;运用Explo5v6.02软件对其爆轰性能进行计算。结果表明,MNPO晶体属于正交晶系,Pbca空间群,晶胞参数为a=0.71495(18)nm,b=1.1639(3)nm,c=1.3834(3)nm,V=1.1512(5)nm~3,Z=8。对密度范围为1.62~1.74g·cm~(-3)的MNPO的含能离子化合物,它们的热分解onset温度范围为181~272℃,理论爆速大于7000m·s~(-1),爆压大于15GPa;实测撞击及摩擦感度低,其中MNPO的铵盐的撞击感度为28J,摩擦感度为240N。     

多硝甲基氧化偶氮呋咱含能衍生物爆轰与安全性能理论研究

为了考察多硝甲基氧化偶氮呋咱含能衍生物的爆轰与安全性能,基于密度泛函理论的B3LYP方法,在6-31G**基组水平上,对比研究了硝基氧化偶氮、三硝甲基氧化偶氮及氟二硝甲基氧化偶氮三种含能基团对呋咱、偶氮呋咱、氧化偶氮呋咱及呋咱醚的几何构型、静电势分布、密度、生成焓、氧平衡、爆速、爆压、键离解能以及撞击感度的影响。结果表明,三硝甲基氧化偶氮基团与氟二硝甲基氧化偶氮基团均可大幅提高呋咱衍生物的密度和氧平衡,氟二硝甲基氧化偶氮基团还可大幅提高呋咱衍生物的爆速和爆压,且具有良好的热稳定性和撞击感度特性。基于12种呋咱含能衍生物理论计算结果,筛选出一种高能量密度化合物:3,3′-双(氟二硝甲基氧化偶氮基)-4,4′-氧化偶氮呋咱,其密度为2.019g·cm~(-3)、爆速为9.735km·s~(-1)、爆压为44.90GPa、特性落高为36cm。