2,2,4,4-四硝基金刚烷的合成与表征

以金刚烷酮为原料,经Baeyer-Villiger氧化、内酯重排、缩酮化、氧化和偕硝化等单元反应合成了2,2,4,4-四硝基金刚烷。优化了重要中间体4,4-乙撑二氧基金刚烷-2-酮的合成方法。使用绿色硝化剂五氧化二氮对酮肟进行偕硝化反应,考察了溶剂、温度、反应时间、物料配比对第一步偕硝化反应的影响,确定了最佳反应条件:溶剂为二氯甲烷,n(4,4-乙撑二氧基-2-金刚烷酮肟)∶n(五氧化二氮)=1∶3,反应温度为45℃,反应时间为30 min,收率为52.3%。本路线总收率为14.2%,是文献报道的2.9倍。     

2,2,6,6-四硝基金刚烷的合成与表征

以金刚烷为原料,经氧化、肟化,合成了2,6-金刚烷二酮肟,再使用N2O5为硝化剂,直接由2,6-金刚烷二酮肟一步氧化硝化制得了2,2,6,6-四硝基金刚烷,并利用核磁共振(NMR)、红外(IR)、元素分析等对产物进行了表征。研究了物料配比、溶剂、温度、时间对氧化硝化反应收率的影响,确定了最佳反应条件:溶剂为二氯甲烷,摩尔比n(2,6-金刚烷二酮肟)∶n(N2O5)=1∶6,反应温度为50℃,反应时间为30 min,收率为50%。利用热重分析(TG)和差示扫描量热法(DSC)对2,2,6,6-四硝基金刚烷的热性能进行了分析,发现其从275℃开始分解,在298℃时有尖锐放热峰,表明2,2,6,6-四硝基金刚烷具有良好的热稳定性。     

2-硝基-2-氮杂金刚烷-4,8-二醇二硝酸酯的合成与表征

以双环[3.3.1]壬烷-2,6-二酮为原料,经腙化、消除、环氧化、环合、乙酰化、硝化等步骤,合成了一种新型硝基笼形化合物2-硝基-2-氮杂金刚烷-4,8-二醇二硝酸酯,总收率为27%。以硝硫混酸为硝化剂,考察了硫酸与硝酸摩尔比、反应温度、反应时间对硝化反应的影响。确定的最佳反应条件为:摩尔比n(H_2SO_4)∶n(HNO_3)=1∶2,反应温度60℃,反应时间4 h,此时,硝化反应收率达81%。利用热重分析(TG)和差示扫描量热法(DSC)研究了目标化合物的热性能,发现其从170.0℃开始分解,热分解峰温为193.7℃。通过Kamlet-Jacobs公式预估了目标化合物的物化与爆轰性能,其密度为1.71 g·cm~(-3),爆速为5780 m·s~(-1),爆压为11.0GPa。     

2,2,4,4,6,6-六硝基金刚烷的合成、表征及晶体结构

以丙二酸二乙酯和多聚甲醛为起始原料,经环合、脱羧、缩酮化、臭氧化、肟化、偕硝化等步骤,合成了2,2,4,4,6,6-六硝基金刚烷(HNA)。优化了Meerwein's酯的合成、臭氧化反应和酮肟偕硝化的反应条件,HNA的总收率提高到3%。用五氧化二氮作酮肟偕硝化反应的硝化剂,考察了物料配比、反应温度、反应时间、溶剂对酮肟偕硝化反应的影响。确定的最佳反应条件为:物料比n(2,2,6,6-二乙撑二氧基-4-金刚烷酮肟)∶n(N2O5)=1∶3,反应温度为50℃,反应时间为30 min,反应溶剂为二氯甲烷,偕二硝基化合物的收率为65%。用1H NMR,13C NMR,IR及元素分析表征了中间体与目标化合物的结构。培养了HNA单晶,用X射线四圆衍射仪测定了它的单晶结构。用热重分析(TG)和差示扫描量热法(DSC)研究了HNA的热性能。结果表明:HNA晶体属单斜晶系,P2(1)/n空间群,晶胞参数为a=1.2011(2)nm,b=2.1129(4)nm,c=1.1967(2)nm,α=90°,β=90.59(3)°,γ=90°,V=3.0368(11)nm3,Z=8,Dc=1.777 g·cm-3,μ=0.166 mm-1,F(000)=1664。HNA的热分解过程可分为三个阶段,从分解反应开始到结束的总失重为94%。DSC曲线在256.21℃处有一个明显的放热峰,显示加热时HNA在该温度有剧烈的放热分解反应发生。     

2-甲氧基-3,5-二硝基-6-叠氮基吡嗪的合成

2-甲氧基-3,5-二硝基-6-叠氮基吡嗪(MDNAP)是一种新型含能化合物的母体,以2,6-二氯吡嗪为原料,经过甲氧基化合成得到2-甲氧基-6-氯吡嗪(MCP),得率81%.用硝硫混酸硝化MCP,在较温和的条件下得到2-甲氧基-3,5-二硝基-6-氯吡嗪(MDNCP),得率75%.MDNCP经叠氮化合成得到MDNAP,得率60%,各中间体均用IR、H1NMR、ESI-MS和EI-MS进行表征。     

3,5,7-三硝基-1-氮杂金刚烷的合成工艺

以间二硝基苯(DNB)为原料,经硝化、还原、Henry反应、缩合合成了3,5,7-三硝基-1-氮杂金刚烷,总收率为21.5%。采用熔点测定、IR、NMR对中间体及目标化合物进行了结构表征。研究了硝酸与硫酸摩尔比、混酸用量、加料方式对硝化反应收率的影响。分别采用"分步法"和"一锅法"合成了中间体1,3,5-三羟甲基-1,3,5-三硝基环己烷,并通过提高反应温度缩短了Henry反应时间。研究了酸和碱对缩合反应的影响,并改进了反应工艺。利用热重分析(TG)和差示扫描量热法(DSC)研究了目标化合物的热性能。结果表明,硝化反应的最佳工艺条件为n(HNO_3)∶n(H_2SO_4)=1∶1.5,m(混酸)∶m(DNB)=23,加料方式为先加三分之二的混酸,24 h后再补加三分之一,硝化反应收率达70.7%;提高反应温度后Henry反应的时间缩短12 h,"分步法"的总收率为61.8%,"一锅法"的总收率为83.5%;改进后的缩合反应时间缩短至3天,简化后处理方法依次为过滤、脱色、重结晶,酸和碱都会降低缩合反应的收率;3,5,7-三硝基-1-氮杂金刚烷从225℃左右开始分解,热分解峰温为331℃,表明其热稳定性较好。     

3-氨基4-(叠氮乙酰胺基)呋咱合成

以3,4 二氨基呋咱(DAF)分别和氯乙酰氯、溴乙酰溴缩合得到了单取代乙酰化产物,进一步叠氮化得到的3 氨基 4 (叠氮乙酰胺基)呋咱为高氮含量的呋咱含能衍生物。     

3-氨基4-(叠氮乙酰胺基)呋咱合成

以3，4－二氨基呋咱（DAF）分别和氯乙酰氯、溴乙酰缩合得到了单取代乙酰化产物，进一步叠氮化得到的3－氨基－4－（叠氮乙酰胺基）呋咱为高氮含量的呋咱含能衍生物。     

2-偕二硝甲基-5-硝基四唑的合成与性能

以5-硝基四唑钠盐二水合物为原料,经取代反应和硝化-水解反应两步合成出了2-偕二硝甲基-5-硝基四唑（HDNMNT）,总收率51．89％,采用核磁共振谱、红外光谱和元素分析对其结构进行了表征。为了研究HDNMNT的性能,运用量子化学方法预估了HDNMNT的理论密度、固相生成焓和爆轰性能,并利用差示扫描量热法（ DSC）研究了其热稳定性。结果表明： HDNMNT理论密度高达1．88 g· cm-3,固相标准生成焓为273．0 kJ· mol-1,爆轰性能与 RDX 相当：爆速为8．732 km· s-1,爆压为35．4 GPa,但是热分解温度仅为120℃,热稳定性较差。     

2,6-二硝基-3,7-二硝亚胺基-2,4,6,8-四氮杂双环[3.3.0]辛烷的合成及性能

以二硝基甘胍为原料,乙酸酐为酰化试剂,经酰化及硝化反应得到一种新型高能量密度化合物2,6-二硝基-3,7-二硝亚胺基-2,4,6,8-四氮杂双环[3.3.0]辛烷(四硝基甘胍,TNGG),并对其结构进行了表征。研究了影响TNGG产率的因素,并通过热重分析-差示扫描量热分析(TG-DSC)研究了其热分解行为,基于密度并结合等键反应及Kamlet-Jacobs公式计算得到该化合物的爆轰性能。结果表明,在反应时间为15 min,温度为25℃,98%发烟硝酸/P_2O_5硝化体系下,TNGG的产率最高,为31.3%。该化合物热分解过程在700℃内完成,整个过程失重约为100%,热分解峰温为182.6℃,热稳定性较好。理论计算结果表明,TNGG水解稳定性优于四硝基甘脲(TNGU)。TNGG的理论爆速为9.76 km·s~(-1),爆压为44.0 GPa,优于RDX和HMX。     

5-叠氮基-1,2,4-三唑-5-乙酸(ATAA)的合成及热性能（英）

以5-氨基-1,2,4三唑基-5-乙酸(1)为原料,经Sandmeyer反应得到一种新型叠氮三唑类化合物5-叠氮基-1,2,4-三唑-5-乙酸(ATAA)。通过¹H NMR、¹³C NMR、IR及元素分析等手段对化合物结构进行表征。TG及DSC的研究表明,ATAA的热行为包括结晶水脱除、熔化及热分解三个过程,每个过程所对应的峰值温度分别为85.6,168.0 ℃和177.9 ℃。基于ATAA设计出一种新型多硝基含能化合物——5-叠氮基-3-硝仿基-1,2,4-三唑(2),并对其爆轰性能进行预估。结果表明其标准生成焓、理论密度及理论爆速分别为449.62 kJ·mol^-1、1.91 g·cm^-3和9096 m·s^-1,整体性能与HMX相当。     

2-叠氮基-4-硝基咪唑的合成

分别以2-氨基-4-硝基咪唑和2-叠氮基咪唑为原料,合成出未见报道的2-叠氮基-4-硝基咪唑,收率分别为87%和78%;采用质谱、红外、核磁共振进行了结构表征;计算其爆速和爆压分别为7.59 km·s-1和24.39 GPa。     

Synthesis, Thermal Stability and Sensitivity of 2, 4-Dinitroimidazole

Pursuing new insensitive high explosive (IHE) is the main research hot-point in explosive field. Nitroimidazole compounds were mainly studied in the medicine chemistry in the past[1-2], seldom seen as the components of explosives and propellants. But now, several nitroimidazole compounds, such as 2, 4-dinitroimidazole (2, 4-DNI), 2, 4, 5-trinitroimidazole (2, 4, 5-TNI) and 1-methyl-2, 4, 5-trinitroimidazole (MTNI) etc are found to be the important intermediates of synthesizing new high explosives or itself possessing excellent explosive performances[3-5]. This paper introduces the synthesis, especially the experimental thermal stability, sensitivity and security of 2, 4-dinitroimidazole (2, 4-DNI).     

动态真空安定性方法评估LA和CMC-LA热安定性

采用动态真空安定性(DVST)方法研究了叠氮化铅(LA)和羧甲基纤维素叠氮化铅(CMC-LA)的热分解过程。利用微分法分析了测试数据。获得了LA和CMC-LA的反应机理函数和表观活化能,剖析了羧甲基纤维素钠晶型控制剂对LA安定性和热分解反应动力学参数的影响。结果表明,在非等温阶段,60~100℃,LA热分解反应的机理函数为Zhuralev-Lesokin-Tempelman方程,表观活化能(Ea)分别是86.53、42.26、39.43、38.09 k J·mol-1和10.84k J"mol-1。在60~70℃,CMC-LA热分解反应的机理函数为Avrami-Erofeev方程,Ea分别是133.02 k J·mol-1和41.87 k J·mol-1,在80~100℃,CMC-LA热分解反应的机理为减速型α-t曲线,Ea分别是43.07、34.34 k J·mol-1和33.46 k J·mol-1。添加羧甲基纤维素钠改变了LA的反应机理函数,使得CMC-LA在60~70℃产气量更小,热安定性更好。     

叠氮化钠及其三种混合物的热分解

利用差热分析技术研究了叠氮化钠及其三种混合物的热分解。利用Ｋｉｓｓｉｎｇｅｒ和Ｏｚａｗａ公式计算了表观活化能Ｅ和指前因子Ａ。     

氘化对TATP结构和热行为的影响

为了研究氘化对三过氧化三丙酮(TATP)化学键振动性质以及热分解行为的影响,分别以丙酮和丙酮-d₆为原料 ,过氧化氢为氧化剂 ,硫酸为催化剂 ,制备了 TATP 和氘代三过氧化三丙酮(TATP-d₁₈)。采用核磁共振波谱、傅里叶变换红外光谱和差示 扫 描 量 热 法 对 TATP 和 TATP-d₁₈进 行 表 征 ,使 用 Kissinger 法 、Ozawa 法 和 Friedman 法 计 算 得 到了 TATP 和 TATP-d₁₈的非 等 温反应动力学参数。结果表明,TATP-d₁₈分子中各化学键的振动频率相比于 TATP 表现出不同程度的红移现象,C—H(D)键伸缩振 动 频 率 之 比(ν_C—H/ν_C—D)约 为 1.36;由 Kissinger 法 、Ozawa 法 和 Friedman 法 所 得 TATP-d₁₈的 表 观 活 化 能(E_K=80.54 k J·mol     

新型内盐N-(2,2-二硝基乙基)氨基胍的合成与性能

以2,2二硝基丙二醇为原料,经降解反应和取代两步反应合成了内盐型化合物N(2,2二硝基乙基)氨基胍,两步总反应产率为65%,采用X射线单晶衍射分析、傅里叶变换红外光谱(FT IR)、核磁共振谱(1HNMR、13CNMR)和元素分析等方法进行了结构表征;通过差热示差量热仪热失重(DSC TG)联用技术测定了其分解温度,利用等键方程和K J方程预测了其能量参数。结果表明,内盐N(2,2二硝基乙基)氨基胍的晶体为单斜晶系,空间群为P21/n,晶胞参数为a=8.8613(10),b=6.4568(6),c=13.4134(16),α=90°,β=95.093(4)°,γ=90°,V=764.43(14)nm^3,Z=4,Dc=1.670 g cm-3,F(000)=400。其热分解温度为183.8℃,理论爆速为8333m s-1,理论爆压为29.4GPa;实测的撞击感度和摩擦感度较低,撞击感度为20J,摩擦感度为120N。