一类重要含能材料:5-取代四唑含能金属配合物

分类综述了5-取代四唑金属含能配合物(TEMCs)的合成及研究进展.目前,国内外关于TEMCs的研究不多,其中以5-氰基四唑(CT)、5-硝基四唑(NT)、5-氨基四唑(AT)为配体的TEMCs因其优越的性能和突出的特点,成为含能材料领域研究的重要方向.经过调研、分析,得出如下结论:①TEMCs的合成步骤较少、反应条件...     

新法合成5-氨基四唑

以氨基胍硝酸盐为原料,重氮化后,调节反应溶液至弱碱性,加热分子内环化得到5-氨基四唑,并采用红外光谱、核磁共振光谱、质谱等方法,进行了结构表征.探讨了5-氨基四唑合成反应机理,考察了环化反应溶液酸碱性、反应温度及反应时间等关键因素对反应的影响,获得适宜反应条件为:重氮化反应pH=2～3、温度为20～30℃、时间为0.5...     

含5-氨基四唑硝酸盐(5-ATEZN)推进剂的能量特性

利用最小自由能法,在标准条件(燃烧室压力pc:喷管出口处压力pe=70∶1)下,计算了含5-氨基-四唑硝酸盐(5-ATEZN)推进剂的能量特性。结果表明,5-ATEZN单元推进剂的比冲为2371.38 N·s·kg-1,与黑索今(RDX)及奥克托今(HMX)单元推进剂接近,且5-ATEZN的氧平衡(-10.8%)远高于RDX及HMX。用5-ATEZN取代粘合剂端羟基聚丁二烯(HTPB)推进剂中的高氯酸铵(AP)和RDX时,推进剂比冲和特征速度均降低;而用5-ATEZN取代GAP推进剂中的AP时,推进剂比冲和特征速度随5-ATEZN含量增多呈抛物线形变化,最高比冲可达2580.62 N·s·kg-1,与原配方相比提高17.93 N·s·kg-1。同时由于5-ATEZN不含氯元素,对降低推进剂的特征信号十分有利。因此,用5-ATEZN取代适量AP是实现GAP(聚叠氮缩水甘油醚)推进剂高能化和少烟化的一个可行途径。     

新型四唑-5-甲酰肼高氯酸镍高氮含能配合物的合成与性能

寻找绿色低毒的无铅起爆药一直是含能材料的重要研究方向,本研究以1H-四唑-5-甲酸乙酯为原料通过肼解反应、配位反应合成了新型四唑类配体1H-四唑-5-甲酰肼(TZCA)及其高氯酸镍配合物Ni(TZCA)₂(ClO₄)₂(ECCs-1),通过X-射线单晶衍射、红外光谱、核磁、元素分析、热重及同步热分析仪对其进行了结构表征和热分解性能测试;采用氧弹量热法测试了ECCs-1的燃烧热并采用盖斯定律和K-J方程预测了其爆轰性能;采用BAM方法测试了ECCs-1的感度;烤燃实验和铅板测试表征其起爆性能。结果表明,TZCA密度为1.83 g·cm^-3,单斜晶系,C2/c空间群,堆积方式为V型交错堆积,ECCs-1粉末密度为1.90 g·cm^-3,撞击感度为17 J,摩擦感度为72 N,热分解温度为336℃,其热分解反应活化能为183.3 kJ·mol^-1,热爆炸临界温度为309.8℃,活化熵为46.745 J·K^-1·mol^-1     

2-氨基-4-硝基咪唑及其衍生物的合成及热分解研究

以4-硝基咪唑为原料,经硝化,重排,还原,得到2-氨基-4-硝基咪唑,并与3-氯-2,4,6-三硝基苯胺进行缩合合成出2-(3-氨基-2,4,6-三硝基)苯胺基-4-硝基咪唑,收率15%,采用核磁共振、质谱、红外进行了结构表征。探讨了还原的选择性和缩合的机理,结果表明,2,4-二硝基咪唑的2位硝基优先被还原。利用DSC研究了2-氨基-4-硝基咪唑和2-(3-氨基-2,4,6-三硝基)苯胺基-4-硝基咪唑的热分解,分解温度分别为236.32℃和244.86℃。     

3,5-二氨基氧化哒嗪含能衍生物合成及性能

以3,5-二氯哒嗪为原料,经过取代、氧化、硝化、氨解四步反应分别合成3,5-二氨基-4,6-二硝基氧化哒嗪(DADNPO)和未见文献报道的3,5-二氨基-4-硝基氧化哒嗪(DANPO),并采用红外光谱、1H NMR、13C NMR及元素分析对中间体及产物结构进行了表征;探究了硝化反应条件对硝化产物及收率的影响,确定制备3,5-二甲氧基-4,6-二硝基氧化哒嗪较佳条件为:硝硫混酸作为硝化试剂,反应温度50~55℃,反应时间为15 h。利用Gaussian 09程序和Kamlet-Jacobs方程计算DADNPO和DANPO的爆速分别为8.486 km·s^-1和7.224 km·s^-1,爆压分别为30.2 GPa和23.09 GPa。采用差示扫描量热(DSC)研究了这两种化合物的热性能,结果表明,DADNPO、DANPO放热分解峰温分别为244.4°C和325.2°C,DANPO的热稳定性更好。     

3,6-双(1-氢-1,2,3,4-四唑-5-氨基)-s-四嗪(BTATz)含能离子盐的合成与性能（英）

合成了三种基于 3,6-双(1-氢-1,2,3,4-四唑-5-氨基)-s-四嗪(BTATz)的含能离子盐:二甲胺盐(DMAB),1,3-丙二胺盐(PDAB)和1,4-丁二铵盐(BDAB).用IR,1H NMR,13C NMR和元素分析表征了DMAB、PDAB和BDAB的结构.采用X-射线单晶衍射测定了PDAB的晶体结构.计算了PDAB的爆速(D)和爆压(p).用DSC和TG-DTG研究了DMAB、PDAB和BDAB的热分解行为.计算了自加速分解温度(TSADT),热爆炸临界温度 (Tb),热点火温度(TTIT)及绝热至爆时间(tTIAD).结果表明,PDAB晶体属于单斜晶系,C2/c 空间群,晶胞参数:a=2.2699(10) nm,b=0.5098(2) nm,c=1.6449(6) nm,β=93.045(15) °,V=1.9008(13) nm3,Dc=1.504 g·cm-3,Z=4,F(000)=912,μ=0.127 mm-1,R1=0.0673,wR2=0.2002.PDAB的爆速和爆压分别为8862.09 m·s-1和32.15 GPa.DMAB、PDAB和BDAB的TSADT值分别为576.87,511.90,521.55 K,显示DMAB的热稳定性优于PDAB和BDAB.DMAB、PDAB和BDAB均可作为潜在的含能材料且DMAB的性能优于PDAB和BDAB.     

5-肼基四唑高氯酸含能配合物的合成、表征及性能

以5-肼基四唑(5-HT)为配体,制备5种含能配合物[Cd(HT)_6](ClO_4)_2(1),[Zn(HT)6](ClO_4)_2(2),[Ni(HT)_3](ClO_4)_2(3),[Co(HT)_6](ClO_4)_2(4),[Mn(HT)_6](ClO_4)_2(5)。采用元素分析和傅里叶变换红外光谱对5种配合物进行结构表征。通过差示扫描量热分析(DSC)研究其热分解性能,测试了其摩擦感度和撞击感度。在B3LYP/6-311++g**水平上理论研究了5-HT电子结构性质、自然键轨道电荷以及分子前线轨道。结果表明,5种配合物具有较高热稳定性,分解温度均高于200℃。5-HT四唑环上的N(3)和N(4)原子更容易同时参与金属原子配位,形成以5-肼基四唑为配体的配位化合物。90°摆角、1.96 MPa条件下,配合物4的摩擦感度为96%,800 g落锤下,撞击感度H50为25 cm,其机械感度与肼基四唑汞(HTMP)和高氯酸·四氨·双(5-硝基四唑)合钴(Ⅲ)(BNCP)相当,有望应用于起爆药领域。     

ZnBr2催化合成5-氨基四唑

以ZnBr2为催化剂，双氰胺和叠氮化钠在水溶液中反应合成了5-氨基四唑。考察了反应物摩尔比、催化剂用量、反应温度和反应时间对反应的影响。结果表明，当n（叠氮化钠）：n（双氰胺）=1：1．6，催化剂用量n（叠氮化钠）：n（溴化锌）=1：0．3，反应温度75～85℃，反应时间5．5h时，5-氨基四唑平均收率达83．6％。因此ZnBr2是催化合成5-氨基四唑的优良催化剂。     

3,6-双(1-氢-1,2,3,4-四唑-5-氨基)-1,2,4,5-四嗪的合成及其性能

研究了低感度高氮化合物3,6-双(1-氢-1,2,3,4．四唑-5-氨基)-1,2,4,5-四嗪(BTATz)的合成,并通过元素分析、IR、1HNMR、13CNMR等对其结构进行表征和确认;测试了BTATz的部分理化性能,BTATz在钝感炸药和低特征信号推进剂极具应用潜力。     

环脲硝胺类含能化合物的合成及性能研究进展

综述了环脲硝胺系列含能化合物的合成研究现状,指出该类化合物的合成方法主要有两种,即脲缩合-硝化法和小分子缩合-硝化法;与其他含能化合物相比,N-二硝基取代的环脲硝胺类化合物密度大,爆速高,水解稳定性差,初步讨论了形成这些特点的原因,揭示了这类化合物在含能材料领域具有不可忽视的作用与地位。     

高氮含能化合物的合成及反应性

综述了四嗪、高氮呋咱和三(四)唑等三类高氮含能化合物(HNECs)的研究现状,叙述了它们的合成方法,介绍了几个典型HNECs的合成路线,提出了合成部分新的HNECs的研究思路。     

5-氨基四唑合成的反应热和工艺优化研究

利用全自动量热化学反应仪(SIMuLAR)研究了Stolleet法合成5-氨基四唑的化学反应热和各种反应参数的变化过程。结果表明：5-氨基四唑合成反应的摩尔生成热为130．35kJ。mol^-1。最适宜的硝酸用量是等当量的，反应的pH值应控制在2．5—5．5之间，最经济的反应时间是120min。在反应后期有一个剧烈的放热峰，瞬时放热达到65W。     

呋咱含能衍生物合成研究进展

系统地论述了从3，4－二氨基呋咱（DAF）到链状呋咱化合物、大环呋咱化合物等呋咱含能化合物的合成及其性能特点。     

两种新型多氨基多硝基吡啶衍生物的合成与表征（英）

以2-氯-4-氨基吡啶(1)为原料,经硝化反应合成出一种新的偶氮桥吡啶衍生物(E)-1,2-双(2-氯-3-硝基吡啶基-4-基)二氮烯(3)和2-氯-4-氨基-3,5-二硝基吡啶(2),随后经胺化反应分别得到(E)-1,2-双(2-氨基-3-硝基吡啶基-4-基)二氮烯(5)和2,4-二氨基-3,5-二硝基吡啶(4),总的得率分别为69%和18%。室温下,用氯仿作溶剂得到化合物3的红色晶体用于X-射线衍射分析。用Kamlet-Jacobs经验方程计算了化合物4和5的爆轰性能。结果表明,化合物3为单斜晶系,空间群P2₁/N,晶胞参数为:a=9.965(2) , b=6.3190(13) , c=10.737(2) , β= 93.75(3)°, V=674.6(2) ³, D_c=1.689 g·cm^-3, C₁₀H₄Cl₂N₆O₄,M_r=171.55, F(000)=344, μ(Mo Kα)=0.510 mm^-1, Z=4。化合物4的爆轰性能与2,4,6-三硝基甲苯(TNT)相当,而化合物5的爆轰性能不佳。     

5H-[1,2,3]三唑并[4,5-c]呋咱及其含能衍生物的合成

以呋咱并[3,4-e]-1,2,3,4-四嗪-4,6-二氧化物(FTDO)为原料,经水解反应合成了新型富氮含能材料5H-[1,2,3]三唑并[4,5-c]呋咱(2),然后与氨气、水合肼、脒基脲盐酸盐、三氨基胍硝酸盐反应合成了[1,2,3]三唑并[4,5-c]呋咱铵盐(3)、[1,2,3]三唑并[4,5-c]呋咱肼盐(4)、[1,2,3]三唑并[4,5-c]呋咱脒基脲盐(5)和[1,2,3]三唑并[4,5-c]呋咱三氨基胍盐(6)4种新的含能衍生物,并采用红外光谱、核磁共振光谱、元素分析等进行了结构表征; 探讨了水解反应的机理和条件,确定最佳条件为: 80 ℃下反应5 h,收率为76.92%; 采用DSC热分析手段研究了化合物2、4、5和6的热性能,其初始分解峰温分别为173.23, 144.82,172.81,164.94 ℃。