全氮多氮含能化合物研究进展与应用前景分析

含能材料是用作混合炸药、发射药、推进剂和火工品的高能量组分的化合物,是武器发射、推进和毁伤的能源.为了满足日益增长的先进武器等方面需求,近几十年来,全氮与多氮杂环含能化合物因高氮含量和高生成热成为了研究热点.现代含能化合物不仅应具有更高的能量密度,更要兼顾低感度与良好的热稳定性.全氮化合物由于其独特的分子组成和结构一直...     

1,1'-二羟基-5,5'-联四唑合成机理的理论计算

为了研究由二叠氮基乙二肟(DAzGO)合成1,1′-二羟基-5,5′-联四唑(H_2DHBT)的反应机理,采用密度泛函理论(DFT),在B3LYP/6-31G(d)基组水平上计算了酸性条件下DAzGO分子成环反应的反应物、过渡态和产物结构,获得反应能垒。结果表明,DAzGO分子的成环为两步成环的亲电反应,其中第一个基元反应是决速步,反应能垒为86.94kJ/mol;氢离子和水分子的存在将反应能垒降低了30.46kJ/mol,氢离子和水分子可以促进成环反应。DAzGO的成环反应在丙酮、水、乙醚中的决速步能垒分别为87.03、90.08、72.59kJ/mol;溶剂的极性越小,对DA_2GO分子成环反应的促进作用越大,乙醚为最佳反应溶剂。     

五唑非金属盐的氢键作用规律

为了研究五唑非金属盐氢键的形成规律以及对稳定性的影响,采用约化密度梯度(Reduced density gradient,RDG)理论分析方法,对文献已报到的15种五唑非金属盐单晶结构中单一N_5~-离子及其周围阳离子的氢键相互作用进行了研究。从各个化合物单晶结构获取氢键键长,利用RDG分析获取其强度。结果表明,N_5~-离子可与具有电正性的N—H和O—H质子给予体形成N—H…N和O—H…N两类氢键。O—H…N氢键较强,而N—H…N氢键较弱。影响N_5~-离子稳定性的因素主要是N_5~-离子的结构对称性和成晶体平面层状的类石墨烯结构。在氢键作用下,N_5~-离子保持良好的结构对称性(双胍五唑盐,10)和类石墨烯结构(3,6,7-三氨基-7H-[1,2,4]三唑[4,3-b]并[1,2,4]三唑五唑盐,12)可明显提高稳定性,使分解温度达到124.8℃和120.9℃。相反,氢键作用若使N_5~-离子结构形变严重导致对称性缺失同时未能提供平面堆积(草酰肼五唑盐,3和4,4',5,5'-四氨基-3,3'-双-1,2,4-三唑五唑盐,4),则N_5~-离子稳定性下降明显,分解温度仅95℃。     

4,5-二(1H-5-四唑基)-1,2,3-三唑及其含能盐的合成与表征

以4,5-二氰基-1,2,3-三唑为原料,经过重氮化偶联反应和[2+3]偶氮环加成反应合成了4,5-二(1H-5-四唑基)-1,2,3-三唑,并经过复分解反应合成了7种高氮含能盐。采用IR、~1 H NMR、~(13) C NMR对化合物的结构进行了表征;采用DSC法研究了它们的热行为;基于B3LYP/6-311G**方法计算了各化合物的理论密度、标准生成焓,并通过EXPLO5预估了各化合物的爆速和爆压。结果表明,8种化合物均具有较好的热稳定性;生成焓为647.4~1 579.4kJ/mol;爆速为7 652~8 389m/s;爆压除化合物2外均高于20GPa;除化合物1、7、8外,其他化合物标准状况下的气体产生量均大于800L/kg,是潜在的气体发生剂。     

5-氨基四唑硝仿盐的理论计算

采用量子化学方法研究了5-氨基四唑硝仿盐的结构和性能,计算了5-氨基四唑硝仿盐的密度、生成热、爆速、爆压等,其预测密度为1.93 g·cm-3,估算爆速和爆压分别为9.47 km·s-1和38.82 GPa,爆轰性能高于TNT, RDX和HMX。      

三种联结方式对典型双四唑含能材料晶体结构和性能的影响

为了研究不同联结方式对双四唑含能材料结构和性能的影响,比较分析了5,5′-联四唑-1,1′-二氧羟铵盐(TKX-50)、5,5′-偶氮四唑-1,1′-氮氧化物二羟氨盐(ATZO-1)、5,5′-偶氮四唑-5-氮氧化物钠(ATO-Na)等三个化合物的晶体数据,从键长、键角、二面角、氢键作用等微观层面总结了偶氮键(─N=N─)和氧化偶氮键(─N=N(O)─)的引入对双四唑化合物结构的影响。研究发现两个四唑环分子直接相连形成的联四唑结构最为致密,对称和致密结构使其具有高的晶体密度,采用玻恩-哈伯循环(Born-Haber cycle)和热力学中盖斯(Hess)定律计算了TKX-50、ATZO-1和5,5′-偶氮四唑-5-氮氧化物二羟氨盐(ATO-1)的生成热,根据Kamlet-Jacobs公式(K-J方程)计算了其爆轰参数,比较发现,─N=N─和─N=N(O)─引入到联四唑中可降低其晶体密度,在一定程度上提高其生成焓,由于晶体密度相差较大,TKX-50仍具有最高的爆轰性能。     

耐热炸药六硝基茋的制备及应用研究进展

系统总结了国内外在六硝基茋(HNS)的制备技术和应用研究方面的进展,包括HNS的合成方法、粒度控制方法、在混合炸药和结晶TNT中的应用,在起爆药、传爆药和射孔弹等多个方向的应用研究状况。结合其耐宽温、耐真空、抗静电火花、抗辐射性能强和良好的爆轰性能等特点,指出HNS基的主装药、起爆/传爆药、导爆索和射孔弹均具有出色的热安定性和安全性。指出HNS是一种综合性能优异的耐热炸药,其应用范围仍有很大的拓展前景。附参考文献47篇。     

Studies of the Oxidation of Hexabenzylhexaazaisowurtzitane

A series of oxidation reactions of hexabenzylhexaazaisowurtzitane (HBIW, 1) were studied. Compound 1 was treated with potassium permanganate in CH2Cl2 by adding Na2CO3 to adjust pH to 7-8 to obtain tetrabenzoyldibenzylhexaazaisowurtzitane (3) with a yield of 70%. With acetic anhydride (Ac2O) as solvent, monoacetyltribenzoyldibenzylhexaazaisowurtzitane (4), diacetyldibenzoyldibenzylhexaazaisowurtzitane (5), triacetylmonobenzoyldibenzylhexaazaisowurtzitane (6) and tetraacetyldibenzylhexaazaisowurtzitane (7) were also obtained from the oxidation of compound 1. The results show that only the oxidative cleavage of the cage system in compound 1 was observed in most cases. The cleavage was a cation catalysis mechanism.     

唑类含能离子化合物的合成研究进展

综述了以咪唑、三唑、四唑以及五唑等唑类化合物为母体的一些含能盐的合成,系统总结了这类新型含能材料的熔点、密度、生成焓等理化性能以及爆轰性能,并分析了分子结构及取代基对含能盐性能的影响。对唑类含能盐在火炸药和推进剂等方面的应用进行了展望。附36篇参考文献。