1-羟基-1,2,3-三唑并[4,5-e]-5,7-二氧化-1,2,3,4-四嗪合成、晶体结构及性能

以3?氨基?4(?叔丁基?NNO?氧化偶氮基)呋咱(ABAo F)为原料,经重氮化开环、肟化、氧化、氨化和硝化环化五步反应得到目标化合物1?羟基?1,2,3?三唑并[4,5?e]?5,7?二氧化?1,2,3,4?四嗪(HTTDO),总收率24.1%,采用红外光谱、核磁共振、质谱及元素分析对中间体及产物的结构进行了表征;探讨了氨化及硝化环化的反应机理;培养了HTTDO·4.5H2O的单晶,X射线衍射分析表明,其为正斜方晶系,空间群为Pna2(1),晶体密度为1.659 g·cm~(-3);利用Gaussian 09程序和Kamlet?Jacobs方程计算HTTDO理论密度为1.88 g·cm~(-3),爆速为9393 m·s-1,爆压为41.9 GPa,爆热为8010 J·g~(-1);采用差示扫描量热(DSC)研究了HTTDO的热性能:其在热分解过程中,放热剧烈,峰温最高达194.5℃。     

新型低感含能材料N-(氟偕二硝基乙基)-1,5-二氨基四唑-1H的晶体结构及其热稳定性

以1,5?二氨基四唑?1H、氟偕二硝基乙醇为原料,在常温下通过曼尼希反应一步合成了N?(氟偕二硝基乙基)?1,5?二氨基四唑?1H。采用X?射线单晶衍射分析表征了其单晶结构,表明其属于斜方晶系,空间群Pca2_1,173 K下的晶体密度为1.77 g·cm~(-3);采用Hirshfeld表面对晶体中各种作用进行了分析,晶体内占主导地位的分子间相互作用及其分布为(R为比例缩写):R_(O···H/H···O)=27.0%,R_(N···H/H···N)=21.5%,R_(F···O/O···F/F···H/H···F/N···F/F···N)=15.9%,主要为氢键及卤键作用;采用热重及差示扫描量热分析(TG?DSC)研究了其热稳定性,5℃·min~(-1)升温速率下,只有一个尖锐的分解峰温177.32℃,质量损失为92.53%,化合物分解较完全;用Kissinger法与Ozawa法分别计算了其活化能E_K=213.228 k J·mol~(-1),E_O=209.984 k J·mol~(-1)。采用场发射?扫描电镜(FE?SEM)观察了产物的微观形貌,其具有类似空间网状的多孔结构。     

四硝基吡咯及其衍生物结构与性能的理论研究

为了寻找新型高能量密度材料,设计了四硝基吡咯及其甲基、氨基、硝基衍生物。在DFT-B3LYP/6~(-3)1G*水平下对模型化合物进行了几何结构全优化。在DFT-B3LYP/6~(-3)11++G**水平计算了模型化合物的生成焓、爆轰性能。自然键轨道(NBO)分析了模型化合物引发键的强度进而考察了其热安全性。计算结果表明:1-甲基四硝基吡咯密度为1.88 g·cm~(~(-3)),爆速和爆压分别为8.66 km·s~(-1)和34.10 GPa,其爆轰性能具有与1,3,5-三硝基~(-1),3,5-三氮杂环己烷(RDX)相当的爆轰性能;四硝基吡咯、1-氨基四硝基吡咯密度分别为1.93 g·cm~(-3)和2.04 g·cm~(-3),爆速均为9.01 km·s~(-1),爆压分别为37.54 GPa和38.73 GPa,具有与1,3,5,7-四硝基~(-1),3,5,7-四氮杂环辛烷(HMX)相当的爆轰性能;由于五硝基吡咯中含有五个硝基,其热安全性最差,N(5)—NO2键离解能仅为60.8 k J·mol~(-1)。计算值与之前的实验值具有较好的一致性,表明计算值可靠。     

3,5-二氨基-2,6-二硝基吡嗪-1-氧化物合成及性能

以2,6-二氯吡嗪为原料,合成了新型含能化合物3,5-二氨基-2,6-二硝基吡嗪~(-1)-氧化物(DDPZO-i),收率40%。用IR、NM R、M S技术表征了其结构。通过X射线衍射技术确定了其单晶晶体结构。利用差示扫描量热法研究了其热稳定性,确定其分解峰值温度为215℃。DDPZO-i的实测密度为1.935 g·cm~(-3),高于耐热炸药LLM~(-1)05。用Gaussain03软件计算的标准生成焓为169.4 k J·mol~(-1)。对吡嗪骨架氧化反应机理进行了推测。采用Explore5 v6.02软件预估的DDPZO-i的爆速为9070 m·s~(-1),爆压为36.9 GPa,均优于LLM~-105。用BAM撞击感度仪实测的撞击感度为5 J,高于LLM-105的撞击感度。     

5-酮-3-(5'-氨基-3'-偶氮异呋咱)-异呋咱和5,5'-二酮-3,3'-偶氮异呋咱的晶体结构和热稳定性

以二氰胺钠为原料,经环化、偶联、硝化三步反应分别合成了5?酮?3?(5′?氨基?3′?偶氮异呋咱)?异呋咱(BAKIF)和5,5′?二酮?3,3′?偶氮异呋咱(BDKIF)。采用溶剂挥发法从甲醇中得到了BAKIF·2H_2O和BDKIF的单晶。利用X?射线单晶衍射技术对它们的单晶结构进行了表征。用DSC?TG研究了它们的热稳定性。采用EXPLO5预测了它们的的爆轰性能。结果表明,BAKIF·2H_2O分子在173 K下晶体密度为1.645 g·cm~(-3),该晶体属于正交晶系,P2_12_12_1空间群,晶胞参数为a=4.6661(4)?,b=13.5836(10)?,c=14.8537(10)?,V=941.46(12)?~3,Z=4,μ=0.149 mm-1,F(000)=480。BDKIF分子在173 K下晶体密度为1.708 g·cm~(-3),该晶体属于三方晶系,R?3空间群,晶胞参数为a=20.4183(12)?,b=20.4183(12)?,c=4.8017(7)?,V=1733.7(3)?~3,Z=9,μ=0.153 mm~(-1),F(000)=900。5℃·min~(-1)时,BAKIF和BDKIF的放热峰温度分别为290.01℃和149.75℃。BAKIF的理论爆速和理论爆压分别为7292 m·s~(-1)和21.5 GPa,BDKIF的理论爆速和理论爆压分别为7363 m·s~(-1)和20.7 GPa,均优于TNT,认为它们是潜在的钝感含能材料。     

3-氟偕二硝甲基-1,2,4-三唑的合成及性能

以3-氰基~(-1),2,4-三唑为原料,经肟化、重氮化-氯化、硝解、还原、氟化等反应合成了一种含氟偕二硝甲基官能团的新型含能化合物——3-氟偕二硝甲基~(-1),2,4-三唑(FDNMT),利用红外光谱、核磁(~1H NMR、~(13)C NMR)、元素分析和质谱等方法表征了化合物的结构;优化了肟化反应的合成条件:3-氰基~(-1),2,4-三唑和盐酸羟胺摩尔比为1∶1.15,p H值为8,反应时间为2 h,反应温度为60℃,收率为49.0%;获得了FDNMT的单晶并进行了晶体结构解析,该化合物晶体为正交晶系,空间群为Pbcn,晶体学参数为:a=7.4821(11),b=9.8106(15),c=38.683(6),V=2839.5(7)~3,Z=16,μ=0.178 mm~(-1),F(000)=1536;采用Gaussian 09程序中的CBS-4M方法计算了该化合物的生成热,基于密度和计算的生成热,利用Kamlet-Jacobs爆轰方程预估该化合物的爆轰性能:密度1.81 g·cm~(-3),生成热-8.7 k J·mol~(-1),爆速8365.0 m·s~(-1),爆压31.1 GPa,爆热为5614.4 k J·kg~(-1)。     

一种双配体耐热含能金属有机骨架材料的合成及性能

为了研究具有双配体的含能金属有机骨架(E-MOFs)的性能,以3-氨基-1,2,4-三唑、3,5-二氨基-1,2,4-三唑以及甲酸锌为原料,采用水热法制备了含有双配体的E-MOFs晶体MOF(Zn)-1;仅以3-氨基-1,2,4-三唑为配体的MOF(Zn)-2以及以3,5-二氨基-1,2,4-三唑为配体的MOF(Zn)-3并对其生长机理进行了研究。X-射线单晶衍射表明,MOF(Zn)-2和MOF(Zn)-3均属于正交晶系而MOF(Zn)-1晶体属于三斜晶系。差示扫描量热法(DSC)联合热重分析(TG)研究了MOF(Zn)-1、MOF(2n)-2和MOF(2n)-3的热行为,发现其均只有一个剧烈的放热过程。在5℃·min~(-1)的升温速率下,MOF(Zn)-1、MOF(Zn)-2和MOF(Zn)-3的分解温度分别为317.5,301.5℃和308.2℃。感度测试表明,上述三种材料均属于钝感含能材料(撞击感度大于40 J,摩擦感度大于360 N,静电感度大于24.75 J),具有相对较高的密度(MOF(Zn)-1:2.069 g·cm~(-3);MOF(Zn)-2:2.1 77 g·cm~(-3);MOF(Zn)-3:2.222 g·cm~(-3)),爆轰性能较好(MOF(Zn)-1爆速5.9 km·s~(-1),爆压17.88 GPa;MOF(Zn)-2:爆速6.0 km·s~(-1),爆压19.38 GPa;MOF(Zn)-3:爆速6.5 km·s~(-1),爆压22.1 7 GPa)。     

亚甲氨基硝基胍(MANG)的合成、晶体结构及热行为

以氨基硝基胍(ANQ)和甲醛为原料,合成了新的化合物亚甲氨基硝基胍(MANG),并对其反应过程进行了分析。采用X-射线单晶衍射仪分析了MANG的晶体结构,结果表明,其晶体属于正交晶系,空间群为P_(nn)2,每个晶胞中包含4个MANG分子,晶体密度为1.63 g·cm~(-3)。通过差示扫描量热法(DSC)和热重分析技术(TG-DTG)研究了MANG的热行为,其只呈现一个非常剧烈的放热分解过程。在5℃·min~(-1)的升温速率下,MANG的分解峰温和放热量分别为170.9℃和1440 J·g~(-1)。计算得到MANG的标准摩尔燃烧热和生成焓分别为-1526.09 kJ·mol~(-1)和33.81 kJ·mol~(-1)。用Kamlet-Jacobs方程预估MANG的爆速(7.1 km·s~(-1))和爆压(20.9 GPa)均小于ANQ,但高于三硝基甲苯(TNT)。MANG的撞击感度(7.9 J)低于ANQ(3J)和黑索今(RDX)(7.4 J)。     

3-硝氨基-4-偕二硝基甲基呋咱二肼盐:合成、结构及性能

以3-氨基-4-偕氯肟呋咱为原料,通过五步反应制备得到3-硝氨基-4-偕二硝基甲基呋咱二肼盐(化合物6)。采用核磁(氢谱、碳谱),红外,元素分析和X射线单晶衍射表征确定了其结构。结果表明,其晶体属于单斜晶系,P21/n空间群,晶胞参数为a=3.7236(4)?;b=14.3867(18)?;c=20.386(2)?;β=92.432(5)°;V=1091.1(2)?3;Z=4;Dc=1.815 g·cm~(-3)。晶体中,阳离子与阴离子之间存在的大量氢键作用,这有利于分子稳定性的提高。水合肼的加入导致了N,N'-亚甲基联3-硝氨基-4-偕二硝基甲基呋咱(化合物5)中C—N键的断裂和化合物6的生成。依据Gaussian 09计算得到化合物6的生成焓为291.7 kJ·mol~(-1),采用经验公式计算得其室温下(298 K)晶体密度为1.782 g·cm~(-3)。使用EXPLO 5计算得到化合物6的爆速(D)与爆压(p)分别为9032 m·s~(-1),35.9 GPa,优于黑索今(D=8848 m·s~(-1),p=34.8 GPa)。通过BAM标准方法测得化合物6的撞击感度为4 J,摩擦感度为76 N。     

5,5'-联四唑-1,1'-二氧-1,2,4-三氮唑含能离子盐的合成、表征及热行为

以5,5'-联四唑~(-1),1'-二羟基二水合物(BTO)、1,2,4-三氮唑为原料合成了一种新的5,5'-联四唑~(-1),1'-二氧~(-1),2,4-三氮唑(T2BTO)含能离子盐。采用X-射线单晶衍射、FT-IR、1H NMR、13C NMR和元素分析表征了其结构。采用差示扫描量热法(DSC)和热重-微分热重(TG-DTG)研究了其热行为。用Kissinger法和Ozawa法分别计算了其热分解动力学参数(活化能Ea、EO、指前因子A)。采用WL~(-1)型撞击感度测试仪测定了其特性落高H50。用Kamlet-Jacobs经验公式计算了其爆速(D)和爆压(p)。结果表明,该晶体属于单斜晶系,C2/c空间群,晶体学参数为a=15.2410(12),b=10.5185(8),c=7.7546(7),V=1221.26(18)~3,D_c=1.688g·cm~(-3),Z=8。在10 K·min~(-1)的DSC曲线上,其分解峰值温度为519.9 K,TG曲线上只存在一个失重阶段,该阶段位于453.2~523.2 K,失重为90.8%,显示其有较好的热稳定性。E_K=144.39 k J·mol~(-1),E_O=145.52 k J·mol~(-1),ln(A/s~(-1))=32.99,H5061.0 cm,D=7579 m·s~(-1),p=24.49 GPa。     

灰色系统理论在舰船装备剩余寿命预测中的应用

引入灰色预测原理预测在役舰船装备的剩余使用寿命，通过设定一等时段舰船装备结构损伤系数时间数列、确定累加生成数列、利用最小二乘法求得相关参数值、求解微分方程等步骤建立GM（1，1）预测模型。然后利用残差修正偏差值并对模型进行修正。实例说明该方法简单适用，最终实现了舰船装备结构剩余使用寿命的预测。     

硝酸碳酰肼类含能配合物比热容的研究

用差示扫描量热仪(DSC)测定了一定温度区间硝酸碳酰肼类配合物硝酸碳酰肼锰(Mn(CHZ)3(NO3)2)、硝酸碳酰肼钴(Co(CHZ)3(NO3)2)、硝酸碳酰肼镍(Ni(CHZ)3(NO3)2)和硝酸碳酰肼锌(Zn(CHZ)3(NO3)2)的比热容,利用Origin7.0软件回归出比热容随温度变化的方程式, Ni(CHZ)3(NO3)2和Mn(CHZ)3(NO3)2在一些温度区间为六次函数或二、三次函数,其余大多数符合四次或五次函数,拟合时相关度最小为0.987,标准偏差最大为0.017.除Zn(CHZ)3(NO3)2外,其余三种硝酸碳酰肼盐配合物的比热容有较大变化,出现一个或多个峰值.对它们进行了热重和红外分析,200 ℃时仅Co(CHZ)3(NO3)2失重8.64%,其余两种的热重曲线没有变化;红外图谱显示在不同的温度下同一物质的指纹区不同,故推测样品可能发生了晶形转变而导致比热容变化.     

ClF_3O与H_2O反应机理的密度泛函理论研究

应用量子化学密度泛函理论对ClF3O和H2O的反应机理进行了研究。在B3PW91/6-31++G(d,p)水平上优化了反应通道上的反应物、中间体、过渡态和产物的几何构型,计算了它们的振动频率和零点能,并对能量进行了零点能校正(E+ZVPE就是对能量进行了零点能校正的值),找到了反应通道。结果表明:ClF3O和H2O极易发生反应,水足量时有利生成HF、HClO2和HClO4;水少量时有利于生成HF和ClFO。     

环氧氯丙烷的N2O5硝化

研究了环氧氯丙烷(ECH)与N₂O₅的绿色硝化反应过程。考察了催化剂种类、反应温度、反应时间、溶剂对制备3-氯-1,2-丙二醇二硝酸酯的硝化过程的影响。结果表明,酸性分子筛催化剂H-ZSM-5具有较好的催化性能,以其为催化剂,CH₂Cl₂为溶剂,反应温度15 ℃,反应时间6 h,N₂O₅与ECH摩尔比1.11.0的优化条件下, ECH的转化率达100%, 3-氯-1,2-丙二醇二硝酸酯的选择性和收率达98.0%。     

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。     

离子液体中CL-20的高收率低污染硝解方法

针对工业混酸法制备六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)废酸污染大及N_2O_5/HNO_3法收率低的现状,制备了酸性季铵盐类、己内酰胺类、咪唑类、吡啶类离子液体,将其用于N_2O_5/HNO_3硝解四乙酰基六氮杂异伍兹烷(TAIW)制备CL-20的反应中。考察了离子液体种类、酸度、用量及反应时间对CL-20收率及纯度的影响。结果表明,离子液体酸强度与催化性能呈正相关关系,[Et_3N(CH_2)_4SO_3H][BSO]表现出最佳的催化活性。最佳的反应条件为:反应温度60~80℃,反应时间7 h,m([Et_3N(CH_2)_4SO_3H][BSO])∶m(TAIW)∶m(N_2O_5)∶V(HNO_3)=0.5 g∶3 g∶4 g∶15 mL,CL-20收率94.5%,纯度98.1%。离子液体重复使用5次,催化性能无明显降低。     

稀土对CrB价电子结构的影响

根据固体与分子经验电子理论(EET),计算不同Y的质量分数对CrB价电子结构影响。结果表明:(Cr1-xYx)B 中Y的质量分数增加,最强键和次强键共价电子数减少,价电子结构均匀分布因子上升,(Cr1-xYx)B韧性提高。     

TNT在超临界二氧化碳中的溶解特性

通过对比不同浓度的TNT/乙腈、TNT/丙酮、TNT/甲苯溶液的紫外吸收曲线,以乙腈作参比溶剂,用紫外分光光度计测定了温度为303,308,313,318,323 K,压力为10～25 MPa条件下三硝基甲苯(TNT)在超临界二氧化碳中的溶解度,并建立了波长为248 nm时TNT-乙腈溶液的浓度-吸光度关系。结果表明,在低压条件下(小于15 MPa),TNT炸药在超临界二氧化碳中的溶解度随着温度的升高略有降低;但随着压力增大(大于15 MPa),溶解度随温度的升高而增大。TNT在超临界二氧化碳中的溶解度较高,在试验范围内,每克二氧化碳中最多能溶解14 mg的TNT。     

粒径对庚烷液雾爆炸场影响的数值模拟

为了研究液雾索特直径(D_(32))对爆炸参数的影响,以庚烷为对象,控制液雾总浓度不变(80 g·m~(-3)),改变液雾粒径,数值模拟了爆炸容器内庚烷(C_7H_(16))液雾粒径对爆炸参数的影响。结果表明:庚烷液雾场索特直径D_(32)为0~18.1μm时,最大爆炸压力p_(max)随D_(32)增加逐渐减小,最大值为1.01 MPa,最小值为0.9015 MPa。最大爆炸压力上升速率随D_(32)增大整体呈下降趋势,在0处达到最大值0.37571 MPa·ms~(-1),在18.1μm处达到最小值0.18439 MPa·ms~(-1),但在6.81~12μm发生反向突变,在10.1μm处达到极大值0.34217 MPa·ms~(-1),随后恢复下降趋势。液雾的径向火焰传播速度在径向距离15 cm附近突然增加,在16 cm之后剧烈下降。最大火焰速度随液雾场D_(32)不同而变化,D_(32)=10.1,12.9,18.1,6.81,0μm条件下液雾场的最大火焰速度依次降低,最大值为5.714 m·s~(-1),其后依次为1.737,1.36,1.34,1.27 m·s~(-1)。     

5,5′-(2-三氟甲基)-咪唑-4,5-二(1H-四唑)及其含能离子盐的合成与表征

以二氨基马来腈为原料,经过与三氟乙酸酐缩合、环化,与叠氮化纳再次缩合,合成得到了新型含能化合物5,5'-(2-三氟甲基)-咪唑-4,5-二(1H-四唑),收率61.3%;基于该化合物的酸性,设计合成了2种含能离子盐5,5'-(2-三氟甲基)-咪唑-4,5-二(1H-四唑)的羟胺盐和胍盐。利用红外光谱、核磁共振和元素分析对中间体及产物结构进行了表征。探讨了生成5,5'-(2-三氟甲基)-咪唑-4,5-二(1H-四唑)过程中影响四唑环化反应的关键因素,确定的最佳反应条件为:反应介质为水,n(2-三氟甲基-4,5-二氰基咪唑)∶n(Na N3)=1∶2.4,反应温度98℃,反应时间4 h。收率最高达86.3%。通过DSC-TG研究了5,5'-(2-三氟甲基)-咪唑-4,5-二(1H-四唑)的热分解性能,热分解曲线表明化合物直到223.65℃才开始分解,整个分解过程经历了两个主要的放热分解阶段和热失重阶段,最大放热峰温度为285.78℃,说明该化合物结构比较稳定。