2-取代-5,5-二硝基嘧啶-4,6-二酮的制备

研究了2-取代嘧啶4,6-二酮的硝化反应,产物为2-取代-5,5-二硝基嘧啶-4,6-二酮,收率＞80%,2-取代-5,5-二硝基嘧啶-4,6-二酮与亲核试剂反应形成开环产物.2-位取代基为烷基时,嘧啶环5-位和侧链的α-位都发生反应,当取代基为甲基时,硝化产物为2-(二硝基亚甲基)-5,5-二硝基嘧啶-4,6-二酮(1),1的水解产物为1,1-二氨基-2,2-硝基乙烯(FOX-7)和二硝基甲烷.考察了亲核试剂对FOX-7收率的影响.2-位取代基为羟基时,硝化产物为5,5-二硝基巴比妥酸(4b),4b水解可制得偕二硝基乙酰基脲(6b),6b与KOH作用生成偕二硝基乙酰基脲钾盐(7b).     

N-(6-羟基己基)-2-甲氧基-8-硝基苯偶氮基咔唑的合成与三阶非线性光学性能（英）

通过亲电取代反应和后重氮偶合反应合成了新的化合物N-(6-羟基己基)-2-甲氧基-8-硝基苯偶氮基咔唑,用红外谱(IR)、核磁氢谱(1H NMR)以及核磁碳谱(13C NMR)对其结构进行了表征。采用密度泛函理论的B3LYP/6-31G(d)方法优化了分子结构,在MP2/6-31G(d)的水平下进行单点能计算,N-(6-羟基己基)-2-甲氧基-8-硝基苯偶氮基咔唑顺反异构的相对能量ER为52.43 kJ·mol^-1。基于纳秒时域(4 ns,532 nm)Z-扫描技术对分子的三阶非线性光学性质进行了研究,闭孔Z-扫描分子表现出自散焦特性,开孔Z-扫描表明分子同时存在较强的饱和吸收和反饱和吸收。N-(6-羟基己基)-2-甲氧基-8-硝基苯偶氮基咔唑二阶超极化率γ为2.59×10-29 esu,品质因子达到1.5。     

丙烯酸-2,4,6-三硝基苯乙酯的合成及热分解

以TNT、甲醛为原料,在弱碱性条件下反应合成得到2,4,6-三硝基苯乙醇(PicCH2CH2OH);PicCH2CH2OH在浓硫酸催化下和丙烯酸在甲苯中回流反应24h,合成得到丙烯酸-2,4,6-三硝基苯乙酯,产率为62%。采用紫外可见光谱(UV-Vis)、核磁共振氢谱(1HNMR)、红外光谱(FTIR)、质谱(MS)以及元素分析等对产物结构进行了表征。利用热重分析(TG)对产物热稳定性进行了研究,采用Kissinger方法和Ozawa方法计算其热分解活化能Ea分别为99.78,102.96kJ·mol-1。     

3-硝基-1,2,4-三唑-5-酮脒基脲盐的合成与表征

为了克服3-硝基-1,2,4-三唑-5-酮(NTO)的酸性,设计了新的含能离子化合物3-硝基-1,2,4-三唑-5-酮脒基脲盐(GUNTO),以NTO和脒基脲盐酸盐为原料,采用一锅法和分步法两种方法合成了GUNTO,收率均高于85%。用红外光谱、核磁共振、质谱、元素分析和X-射线单晶衍射表征了它的结构。研究了GUNTO的物化性质与爆轰性能。借助晶体密度1.72 g·cm-3和理论计算的生成焓-347.35 kJ·mol-1,运用Kamlet公式预估爆速为6683.49 m·s-1、爆压为19.27 GPa。实测撞击感度、摩擦感度均为0%,特性落高H50大于125.8 cm,10℃·min-1时DSC曲线的峰温为236.8℃。与其他NTO胺盐相比,GUNTO氮含量较高、热稳定性好、感度低。     

4,6-双(5-氨基-3-硝基-1V,2,4-三唑-1-基)-5-硝基嘧啶(DANTNP)合成工艺改进

以5-氨基-3-硝基-1,2,4-三唑(ANTA)与4,6-二氯-5-硝基嘧啶(DCNP)为原料,在乙醇介质中进行亲核取代反应合成了4,6-双-(5-氨基-3-硝基-1,2,4-三唑-1-基)-5-硝基嘧啶(DANTNP),采用红外光谱、核磁共振、质谱、元素分析等鉴定其结构;同时,对反应条件进行了优化(反应时间为6h;CH3ONaANTADCNP的摩尔比为2.642.41,反应收率为68%;在体系中加入相转移催化剂18-冠-6-醚后,反应收率达到84%.     

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。     

6-甲基-2-叠氮基-5-硝基-嘧啶-4(3H)-酮(AMNP)的合成、晶体结构及性能

为了获得性能优良的含能材料,以5-氨基四唑和丙酮酸乙酯为原料,经过环化、硝化两步反应合成了一种新型含能化合物6-甲基-2-叠氮基-5-硝基-嘧啶-4(3H)-酮(AMNP),总产率为60%,并采用元素分析、红外分析、核磁共振对其结构进行了表征。在异丙醇中培养得到了AMNP单晶,利用X-射线单晶衍射分析仪确证了其分子结构和晶体结构,晶体属于斜方晶系,空间群Pna2_1,相对分子质量M_r=196.1 4,晶胞参数a=19.800(4) A,b=5.6660(1 0) A,c=1 4.300(3) A,V=1 604.3(5) A~3,Z=8,晶胞密度D_c=1.624 g·cm~(-3);采用差示扫描量热法(DSC)和热失重法(TG/DTG)研究了其热分解性能,结果显示其第一热分解峰温为227.39℃,第二热分解峰温为298.75℃,表明其具有良好的热稳定性;采用BAM标准方法测试了其机械感度,结果表明,撞击感度10 J,摩擦感度大于360 N。     

高氮钝感含能化合物6-((2H-四唑-5-基)-氨基)-1,2,4,5-四嗪-3(2H)-酮：π-堆积和氢键作用（英）

合成了6-((2H-四唑-5-基)-氨基)-1,2,4,5-四嗪-3(2H)-酮(TATzO)并通过红外光谱、元素分析、核磁和单晶X射线衍射对其结构进行了表征。单晶结构表明,TATzO·H2O属于正交晶系,空间群是Pnma,密度为1.730 g·cm-3。在非等温条件下,利用差示扫描量热法(DSC)和热重(TG-DTG)研究了TATzO的热分解行为并计算得到分解峰温、活化能(E)、指前因子(A)、热点火温度(Tbe)和热爆炸临界温度(Tbp),分别为230.46℃、169.03 kJ·mol^-1、15.65 s^-1、213.75℃和223.03℃。TATzO·H2O分解峰温和热爆炸临界温度与传统含能材料RDX相近,表明TATzO热稳定性较高。通过高斯03软件包设计等键反应计算生成焓(HOF),由Kamlet-Jacobs(K-J)方程计算爆速(D)和爆压(p)以评估爆轰性能。D和p分别为7757 m·s^-1和25.74 GPa。落锤法测得TATzO撞击感度大于24 J。     

3-氨基-4-偕氨肟基呋咱合成及反应历程研究

由丙二腈(MN)合成3-氨基-4-偕氨肟基呋咱的反应机理,已有文献建议为下述四步:亚硝化、重排、肟化和脱水环化.本研究以原位红外跟踪了亚硝化这一步,检测到2-亚硝基丙二烯(NMN)及2-肟基丙二腈(OMN)这一对异构体.此外,得到了-NO、＝NOH和-OH的三维原位红外图谱及-NO、＝C＝N-和-OH在亚硝化过程中特征峰强度的变化,这有助深入了解亚硝化过程.不过,实验未能分离出OMN.NaOMN作为MN与NaNO_2反应的产物,1,3-二氨基-1,2,3-三肟基丙烷作为OMN钠盐(NaOMN)与NH_2OH的产物,两者均被成功地分离,并以IR、NMR、MS和元素分析证实.根据上述实验结果,提出了一个五步反应机理:硝化、重排、成盐、肟化及脱水环化.     

1,8-二羟基蒽醌铅/铜盐的合成及其燃烧催化作用

以1,8-二羟基蒽醌为原料制备了1,8-二羟基蒽醌铅(DHAAPb)和1,8-二羟基蒽醌铜(DHAACu)。采用红外光谱、元素分析及X-荧光对其结构进行了表征。研究了其对双基推进剂和RDX基改性双基推进剂(RDX-CMDB)燃烧性能的影响,结果表明,DHAAPb在低压区(2~6 MPa)能显著提高双基推进剂的燃速,催化效率达到2.0以上;并使双基推进剂在10~16 MPa压力指数降低至0.1;DHAAPb和DHAAPb/DHAACu能使RDX-CMDB 2~6 MPa下燃速提高两倍以上,在6~18 MPa压力范围内,压力指数分别降低至0.29和0.16,且均能呈现平台燃烧。     

1,5-二氨基四唑的异构化合成动力学

用密度泛函方法,计算研究1,5-二氨基四唑（DAT）的电子结构及异构化反应机理。在B3LYP/6-311G水平下,对涉及反应各驻点的几何结构、振动频率、自然键轨道、以及零点能（ ZPE）进行了计算;用内禀反应坐标理论（ IRC）获得反应的最小能量路径（MEP）,在耦合簇理论的CCSD（T）方法下计算单点能得到了反应的最小势能曲线;并且用传统过渡态理论（TST）、Eckart 隧道校正理论（TST/Eckart）和变分过渡态理论（CVT）,计算了200～1000 K的反应速率常数。计算结果表明,DAT分子中的N（4）和N（9）易参与金属原子配位,形成一系列以DAT为配体的配位化合物。异构化合成DAT反应为叠氮基关环机理,气态情况下该反应为放热且自发反应,反应活化能较低。     

考虑相变的炸药烤燃数值模拟计算

以低熔点的TNT炸药为研究对象,根据已有的TNT炸药烤燃实验,建立了炸药烤燃热反应模型,模型除了考虑炸药热传导外,还考虑了炸药多步化学反应、炸药相变和液态炸药的对流传热。采用计算流体力学软件Fluent,对加热速率为0．05K·s^-1时TNT炸药的烤燃过程进行了数值模拟计算,得到了TNT炸药的剧烈反应时间为4150s,炸药点火时3号特征点的温度为226℃;与实验结果比较,验证了计算模型和相关参数的正确性。分析了不同加热速率下（0．3K·s^-1,0．05K·s^-1,3．3K·h^-1）TNT炸药相变和温度变化情况。计算结果表明,烤燃中炸药相变熔化是从外向内逐步进行,未熔化的固态炸药会在重力作用下出现沉降。炸药熔化时会吸收热量,使温度上升速度减小。刚熔化的炸药在对流作用下温度会在短时间内快速上升。液态炸药存在热对流和热传导的共同作用,使炸药内部温度分布的均匀性增加。炸药相变对炸药点火温度,点火时间和点火位置都有影响。     

TNT和TATB炸药爆轰参数的数值模拟

用Gibbs自由能最小原理,通过解化学平衡方程组,求解TNT和TATB炸药爆轰产物系统的平衡组分,计算结果与用BKW和LJD方法计算的结果相近。用自编的程序从碳的石墨相、金刚石相、类石墨液相和类金刚石液相4种相中确定出炸药爆轰产物中游离碳更可能存在的相态,并用此相态计算爆轰产物中碳的Gibbs自由能,用Ree修正的WCA状态方程和Ross软球修正的硬球微扰理论,对TNT和TATB炸药爆轰参数进行数值模拟计算,爆轰CJ点的爆速和爆压的计算结果与实验值吻合得很好。     

利用ZIF-8@Ag复合材料构筑SERS基底及其对痕量TNT的检测

采用表面增强拉曼散射(SERS)技术检测痕量梯恩梯(TNT),采用光还原法合成的ZIF-8@Ag复合材料作为SERS基底,利用场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线粉末衍射(XRD)对复合材料的结构和性能进行表征。结果表明,银纳米颗粒(AgNPs)均匀分布在ZIF-8表面;复合材料具有良好的SERS增强活性,对奈尔兰(NBA)的增强因子为8.84×10^3;利用自组装技术将探针4-巯基苯酚(4-ATP)修饰在基底表面,探针4-ATP与TNT的分子间π-π作用使其对TNT有选择性识别效果,检测TNT的浓度低至10-9mol·L^-1。     

静电放电对羟胺稳定性影响的密度泛函研究

为研究静电放电对羟胺稳定性的影响,采用密度泛函B3LYP方法在6-311++G(d,p)基组水平上,计算了羟胺分子在不同外电场(0~0.05a.u.)作用下的基态几何结构、电偶极距、电荷分布及分子总能量,并分析了HOMO能级、LUMO能级、能隙随外电场变化规律,然后利用杂化CIS-DFT方法在相同基组下研究了外电场对羟胺分子前9个激发态的影响。结果显示:分子的几何结构、电荷分布与外电场的大小呈现强烈的依赖关系。随着外电场的不断增加,分子的总能量逐渐减小,偶极距逐渐增大,能隙逐渐减小。同时,外电场对羟胺分子的激发态的激发能、波长和振子强度都有一定的影响。     

滑移爆轰作用下飞板运动规律的特征线差分法研究

根据二维定常流的理论和稳定爆轰的基本假设推导了通用状态方程的特征线相容关系,利用此方法对滑移爆轰中飞板的运动规律进行了研究。对比分析了多方方程和通用状态方程特征线法在TNT和乳化炸药爆轰作用下飞板的飞行参数;研究了两种方法在不同质量比下飞板的抛掷姿态曲线,并对其计算结果进行了对比研究。通过与二维Richter公式的计算结果进行对比,证实了通用状态方程计算结果的正确性。研究结果表明:通用状态方程的特征线法计算得到的抛掷角和竖向位移小于Richter计算公式得到结果,且最大相差9%,恰好符合Richter公式计算结果往往偏大的特征。     

芳香炔醇的合成及其与TNT荧光猝灭研究

芳香多环共轭化合物分子多呈现平面结构,该类化合物大多具有荧光效应.当富电子的荧光共轭化合物与缺电子多硝基化合物接触时,荧光会发生猝灭.利用硝基化合物对荧光共轭化合物的荧光猝灭性质,可用于炸药的检测.     

椅式(5,5)单壁碳纳米管内硝基甲烷热解反应的理论研究

采用完全活性空间自洽场方法（CASSCF）以及组合的量子化学ONIOM方法,研究了硝基甲烷受限于椅式（5,5）单壁碳纳米管内的结构及热解过程。分子结构分析表明,椅式（5,5）碳纳米管内的硝基甲烷其构型发生扭转,Cs对称性消失,C—N键长略微缩短。热解势能面分析发现,硝基甲烷单体沿C—N键的热解是一个无过渡态的解离过程,而硝基甲烷在椅式（5,5）碳纳米管内的热解需经历一个过渡态,所需克服的能垒约为198kJ·mol^-1,比硝基甲烷单体的解离能降低了21kJ·mol^-1左右。此外,计算结果还表明,椅式（5,5）碳纳米管内的硝基甲烷热解过程中的分子结构、NO2和CH3基团电荷变化与单体解离过程亦有所不同。     

硝基爆炸物对2-(氯甲基)-4-苯基喹啉-3-甲酸乙酯的荧光猝灭研究

为了寻求可作为爆炸物检测的敏感材料,应用荧光分析技术研究了具有荧光特性的共轭小分子化合物2-(氯甲基)-4苯-基喹啉-3-甲酸乙酯(ECM PQ C)在微量硝基爆炸物存在下的荧光响应性,以及与不同浓度硝基爆炸物作用时的猝灭率。ECM PQ C与缺电子的硝基爆炸物TN T、H N S及HM X接触时,可发生电子转移使体系荧光猝灭,随着加入TN T溶液浓度的增大,ECM PQ C溶液的荧光强度逐渐降低,ECM PQ C有望作为爆炸物检测的敏感材料。通过氯仿、乙醇、丙酮溶剂对ECM PQ C荧光性质的研究表明,随着溶剂极性的增加,ECM PQ C荧光光谱的最大发射波长显著红移,在乙醇溶液中,ECM PQ C与硝基爆炸物因发生能量转移而生成激基复合物,其荧光光谱在365~450 nm处出现新峰。