A Groundbreaking Stepwise Protocol to Prepare HMX from DPT: New Mechanism Hypothesis and Corresponding Process Study

1,3,5,7‐Tetranitro‐1,3,5,7‐tetraazacyclooctane(HMX) is one of the most powerful and widely used explosives. 3,7‐Dinitro‐1,3,5,7‐tetraazabicyclo[3.3.1] (DPT) is an important precursor in the production of HMX. A new reaction mechanism including nitrolysis, nitrosolysis and nitrolysis processes in fuming HNO₃ was put forward. The stable key intermediate 1‐nitroso‐3,5,7‐trinitro‐1,3,5,7‐tetraazacyclooctane (MNX) was isolated and characterized. Based on the new mechanism, a stepwise method to prepare HMX from DPT was developed. The influence factors on the yields of MNX such as reaction temperature, loading amounts of HNO₃, NaNO₂ and NH₄NO₃ were investigated. Under the optimized conditions, MNX was obtained with a satisfactory yield of 84.0 %. MNX could be efficiently and smoothly nitrolyzed in fuming nitric acid and afforded pure β‐HMX with excellent yield up to 92.8 %. The overall yield of the stepwise procedure was as high as 78.0 %, much higher than traditional one‐pot nitrolysis protocols.     

N_2O_5/HNO_3/有机溶剂混合体系硝解DPT制备HMX

为了提高以N_2O_5为硝化剂的硝化体系硝解3,7-二硝基-1,3,5,7-四氮杂双环[3,3,1]壬烷(DPT)制备HMX的收率,考察了在N_2O_5/HNO_3/有机溶剂混合体系中,乙酸酐、乙腈、硝基甲烷、二氯甲烷4种有机溶剂与HNO_3在不同体积比下对DPT的硝解,测定了体系的H+浓度和N_2O_5的电导率,并分析了其对HMX收率的影响。结果表明,与4种N_2O_5/有机溶剂体系相比,N_2O_5/HNO_3/有机溶剂混合体系中产品收率明显提高;体系的酸度和硝化能力是影响HMX收率的两个重要因素,低酸度且硝化能力介于乙酰硝酸酯和NO2+之间时,有利于HMX生成;N_2O_5/HNO_3/乙酸酐混合体系为最适宜的硝解体系,当HNO_3与乙酸酐的体积比为3∶2时制备的HMX收率最高,为87.9%。     

1，4，5，8-四硝基-1，4，5，8-四氮杂双环[4.4.0]癸烷合成工艺的改进?

为了改进1,4,5,8-四硝基-1,4,5,8-四氮杂双环[4.4.0]癸烷(TNAD)的合成方法,以1,4,5,8-四氮杂双环[4.4.0]癸烷(THAD)为原料,经成盐、硝化两步反应合成出了TNAD,反应总收率为90%,纯度为98.7%。采用红外光谱、核磁共振氢谱及元素分析对产品结构进行了表征。考察了硝化体系、物料比、反应温度、反应时间对硝化反应的影响,确定了最佳的反应条件:n(THAD.4HNO_3):n(98%HNO_3):n(AC_2O)=1:24:15,反应温度为25℃,反应时间为2 h。     

3,5-二硝基-1-氧杂-3,5-二氮杂环己烷的分离、热分解及硝解机理分析

为掌握乌洛托品的硝解机理,研究了直接法硝解乌洛托品制备黑索今(RDX)的废水。实验通过乙酸乙酯萃取富集废水中的副产物,水洗至中性,浓缩,用薄层色谱法分析,展开系统为:丙酮/二氯甲烷/冰乙酸=1/6/0.1。采用硅胶柱柱层析法分离,丙酮/二氯甲烷梯度洗脱,分离得到两种物质,一种物质通过熔点、红外、核磁比对确认为1,3,5-三硝基-1,3,5-三氮杂环己烷(RDX);另一种物质采用红外光谱、核磁、质谱、元素分析及单晶衍射等分析方法进行结构表征,认定其为3,5-二硝基-1-氧杂-3,5-二氮杂环己烷。用DSC-TG技术研究了3,5-二硝基-1-氧杂-3,5-二氮杂环己烷热行为,结果表明该化合物是一种熔点低、热稳定性好的化合物,对主要副产物的分离和结构鉴定为直接法硝解反应机理提供了可靠的实验依据。     

新型含能材料NONHT和NONsHT的合成与热分解

3-硝基-5-胍基-1,2,4-噁二唑(NOG)与叔丁胺,甲醛进行曼尼希反应,其缩合产物在不同的硝化条件下硝化,制备了2-(3-硝基-1,2,4-噁二唑)亚胺基-5-硝基-六氢化 1,3,5-三嗪(NONHT),2-(3-硝基-1,2,4-噁二唑)亚胺基-5-亚硝〖JP9〗基-〖JP〗六氢化-1,3,5-三嗪(NONsHT),并通过IR,ESI-MS, -1-H NMR,-13-C NMR,元素分析等手段进行了表征。利用多重升温速率示差扫描量热法(DSC),并结合Kissinger法和Ozawa法及相关方程估算了NONHT、NONsHT的热动力学参数。结果表明,硝基取代化合物(NONHT)的热稳定性要明显高于亚硝基取代化合物(NONsHT),二者的热分解温度也远高于类似物NNHT的分解温度。3-硝基-1,2,4-噁二唑环的引入有助于提高化合物的热稳定性能。     

AIL-N2O5-HNO3体系中硝解DADN制备HMX

在酸性离子液体(AIL)催化下利用N2Os硝解DADN制备了HMX.考察了离子液体用量、反应时间、物料配比、不同离子液体对硝解反应的影响,在优化条件下进行了对比试验.结果表明,在所用的21种AIL中,[Et3NH]TsO具有最好的催化效果,HMX的纯度为99％,收率可达到95.6％,离子液体可以通过简单的萃取后回收使用...     

硝酸镁辅助直接硝解法合成RDX

以发烟硝酸（95%）为硝化剂,六水硝酸镁为助剂,对乌洛托品直接硝解法合成高能炸药黑索今（RDX）进行了工艺改进探索。在原直接法工艺基础上,考察六水硝酸镁的加入量、成熟期反应温度、成熟期反应时间三个主要因素对RDX收率的影响。得到优化的工艺条件为：以发烟硝酸（95%）为硝化剂,六水硝酸镁与乌洛托品的摩尔比为1︰2,成熟期反应温度为30 oC,成熟期反应时间为60 min。该优化后工艺能提高RDX产率到80.6%,比原工艺提高8.6%。     

DPT制备HMX工艺研究

以乌洛托品为起始原料,合成了中间体3,7-二硝基-1,3,5,7-四氮杂双环[3,3,1]壬烷(DPT),然后以氧化镁、硝酸铵、硝酸为硝解体系,硝解DPT制备出HMX。结果表明:在25℃的条件下,反应30 m in,收率达60.1%,工艺条件温和,易于控制,反应废液容易处理。     

离子液体对乌洛托品硝解反应的影响

以离子液体为催化剂,分别在95%HNO3和N2O5/HNO3体系下,直接硝解乌洛托品(HA)制备黑索今(RDX).考察了离子液体用量和种类对硝解反应的影响.结果表明:在95%HNO3体系下,[Hmim]NO3具有最好的催化效果,离子液体用量与HA物质的量之比为1.5%,硝酸与HA的质量比为12:1,在-5～0℃下反应9...     

五氧化二氮/硝酸/乙酸酐体系的拉曼光谱

研究了五氧化二氮/硝酸/乙酸酐体系溶剂体积比对硝解3,7-二硝基-1,3,5,7-四氮杂双环[3.3.1]壬烷(DPT)合成环四亚甲基四硝胺(HMX)的影响。结果表明:在V硝酸∶V乙酸酐=3∶2时,HMX的最高收率为87.9%。拉曼光谱研究显示,随着乙酸酐比例的增加,体系中的硝酰阳离子浓度逐渐降低并出现硝酰阳离子振动频率的显著红移,呈现五氧化二氮离子对中弯曲变形的硝酰阳离子浓度呈先增加后降低的趋势。五氧化二氮处于一定的离子对及自由离子范围之间,并且溶剂体系具有一定的供电子效应,可能具有适宜的硝化能力和较高的反应性,有利于HMX的合成。