含能快递

<正>南京理工大学制备出世界上首个五唑阴离子化合物五唑(HN_5)被认为是一种能量很高的高能密度材料,至今也没合成报道,只见芳基取代五唑有机化合物的合成报道,但它们的分解温度都很低,最高的对二甲氨基苯基五唑也只有50℃。近来,南京理工大学从间/对位含供电基的芳基五唑出发,采用甘氨酸亚铁[Fe(Gly)_2]作稳定剂,创造性采用间氯过氧苯甲酸(m-CPBA)氧化劈断C-N键,首次制备出了五唑阴离子化合物     

五唑钠简便合成方法

为了简便合成五唑钠,采用环化/C—N切断“一锅法”合成了五唑钠,并对其合成方法和条件进行了研究。采用红外、核磁、质谱或离子色谱等对氯化重氮盐4a、四氟硼酸重氮盐4b及五唑钠进行了表征分析。结果表明：采用环化/C—N切断“一锅法”可简便地合成五唑钠;以氯化重氮盐4a合成五唑钠的适宜反应条件为：NaHCO₃与2,6-二甲基-4-氨基苯酚(1)的摩尔比为0.6∶1,环化温度-45℃,环化时间2 h,C—N切断反应温度-35℃,C—N切断反应时间24 h,m-CPBA与化合物4a的摩尔比为3∶1;以四氟硼酸重氮盐4b合成五唑钠的适宜反应条件为：NaHCO₃与化合物4b的摩尔比为0.3∶1,环化温度-45℃,环化时间7 h,C—N切断反应温度-35℃,C—N切断反应时间24 h,m-CPBA与化合物4b的摩尔比为4∶1;采用乙醇提取法可简便分离得到五唑钠,纯度达98.87%(面积归一法)。     

五唑金属盐分离纯化方法

为解决五唑金属盐合成中分离纯化困难等问题,以芳基五唑C—N切断反应后处理所得五唑钠水溶液为研究对象,采用沉淀法对五唑金属盐进行了分离纯化研究。结果表明,五唑钠水溶液中含有大量有机酸盐,以及硝酸钠、氯化钠等无机盐杂质。与N5负离子相比,有机酸根更易与金属离子形成沉淀,从而影响五唑金属盐析出。将五唑钠水溶液调节为酸性,萃取除去有机酸盐后加入氯化钴,成功沉淀得到五唑钴金属盐。研究发现,pH值越低,有机酸盐的去除效率越高,五唑钴纯度越好。确定了五唑钴的适宜分离纯化条件：pH值为3,氯化钴与原料4-氨基-2,6-二甲基苯酚（1）的摩尔比为0.26∶1。离子色谱表明,所得五唑钴经简单重结晶后纯度高达97.9%。在此基础之上,研究了沉淀法对其它五唑金属盐的适用性。结果表明,沉淀法亦适用于五唑铁、五唑亚铁和五唑铜等金属盐的分离纯化。     

对羟基苯基五唑及其衍生物的合成与稳定性

以对氨基苯酚及其衍生物为原料,在-45℃下合成了一系列芳基五唑,通过核磁和质谱分析对其结构进行了表征。研究了取代基的位置及数目对芳基五唑化合物稳定性的影响,运用电喷雾离子化串联质谱分析了不同裂解能量下(10,60 e V)芳基五唑的裂解途径,并讨论了芳基五唑的稳定性与产生N~-_5之间的关系。结果表明,在这一系列化合物中,间位和对位被供电基取代的3,5-二甲基-4-羟基苯基五唑稳定性最好,同时在高裂解能量(60 e V)轰击下切断C—N键产生N~-_5的能力也最强。     

3，5-二甲基-4-羟基苯基五唑的热分解行为

为了探究3,5?二甲基?4?羟基苯基五唑的热分解行为,采用紫外?可见光吸收光谱结合量子化学计算,对3,5?二甲基?4?羟基苯基五唑(HMPP)随温度升高的热分解过程进行了追踪,并通过差示扫描量热仪测试了HMPP的热稳定性。结果表明:HMPP的初始分解温度为-14℃,其在紫外?可见光区域由五唑环所产生的特征吸收峰在284 nm处,3,5?二甲基?4?羟基苯基叠氮(HMPA)上的叠氮基所产生的特征吸收峰在258 nm处;随着温度的升高,整个体系在284 nm处的吸收峰逐渐降低。为了探究HMPP紫外可见光吸收光谱变化的具体原因,采用柱层析的方式分离HMPP的分解产物,利用核磁共振氢谱和X射线单晶衍射的方式对HMPP的分解产物进行了结构表征,确定了HMPP的主要分解产物为2,6?二甲基对苯醌和4?((4?羟基?3,5?二甲基苯基)氨基)?2,6?二甲基环己?2,5?二烯?1?酮;并确定了在HMPP热分解结束后,整个体系的紫外?可见光吸收是由化合物4和5的紫外?可见光吸收叠加导致。     

TKX-55合成工艺优化及性能

以三硝基甲苯(TNT)为主要原料,通过氧化、氯代、取代、成环反应合成耐热炸药5,5'?双(2,4,6?三硝基苯基)?2,2'?双(1,3,4?噁二唑)(TKX?55),综合收率60.3%。采用红外光谱(FTIR)、核磁共振(NMR)对产物进行了表征,并对氯代反应、取代反应进行了优化。结果显示以SOCl_2为氯代试剂,产率最高(88.8%);以THF为溶剂、反应时间为24 h时,加入无机碱NaHCO_3,取代效果好于加入其它缚酸剂(NaOH、Et_3N、Na-2CO_3),TKX?55分解温度为335℃。用Gaussian软件在b3lyp/6?31++g(d,p)水平下对TKX?55进行分子优化,并通过Kamlet?Jacob公式计算得到爆速(D=8052 m·s~(-1))和爆压(p=28.6 GPa),均优于2,6?二苦胺基?3,5?硝基吡啶(PYX)(D=7590 m·s~(-1),p=26.2 GPa)和2,2',4,4',6,6'?六硝基二苯基乙烯(HNS)(D=7545 m·s~(-1),p=23.6 GPa)。     

直链取代五唑共价化合物的稳定性和热解机理理论研究

五唑离子化合物是当前新型含能材料的一个研究热点,其制备通常以五唑共价化合物为前体实现.多数情况下,五唑共价化合物的稳定性对能否成功制备五唑离子化合物有很大影响.采用密度泛函理论B3LYP/6-31G**方法重点研究了18个直链取代五唑共价化合物(R—N5或N5—R—N5)的侧链化学键的解离能EBD和N5环的分解能垒Ea,分析了侧链对其稳定性和热解机理的影响.发现当R为羟基或氨基时,侧链容易断裂,N5环也容易破裂,难以得到N5-;当R为烷基时,N5环裂解的Ea相对较大,更可能得到N5-,且侧链C—N键和N5环的稳定性受烷基链长短影响不大;在双环分子中,两个N5环的裂解是先后发生的,后一个环的裂解能垒比前者高,裂解生成氮气和叠氮化物;分子侧链上的C—C键会先于C—N键断裂,从而可能使C—N键的EBD明显降低而对N5环的Ea影响不大,因此,在由五唑共价化合物制备五唑盐的过程中,先切断C—C键可能更利于得到N5-.     

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。     

3，5-二氨基-4-硝基吡唑五唑新型含能离子盐合成和性能

以五唑钠盐为原料,与3,5?二氨基?4?硝基吡唑盐酸盐进行复分解反应合成了一种新型五唑非金属盐——3,5?二氨基?4?硝基吡唑五唑盐(3),并采用核磁共振(NMR)、X?射线单晶衍射分析(XRD)、傅里叶红外光谱(IR)和元素分析(EA)等分析手段对化合物3进行结构表征;利用差示扫描量热(DSC)和热重(TG)方法研究了化合物3的热分解过程,其初始分解温度为119.5℃,优于DABTT₂⁺(N₅^-)₂、GU⁺N₅^-和AG⁺N₅^-等大部分的五唑非金属盐,并采用Kissinger和Ozawa方法计算其表观活化能;基于实测密度(1.71 g·cm^-3和计算生成焓(503.3 kJ·mol^-1),采用Explo5 V6.05.02软件计算化合物3的爆速和爆压分别为8483 m·s^-1和26.4 GPa;采用BAM法测得化合物3的撞击感度和摩擦感度分别为10 J和216 N。     

全氮五唑化合物研究进展

早期的五唑化学研究主要集中在芳基五唑的取代基效应和化合物稳定性等方面,但均未能成功制备出在室温下稳定存在的cyclo?N_5~-化合物。2017年,我国科学家首次在低温条件下经过氧化切断的方法制备出稳定的cyclo?N_5~-,通过阳离子交换等方法得到不同结构的五唑含能离子盐,引起了含能材料领域的广泛关注。目前,全氮五唑材料的研究取得了一系列突破性进展,已成功制备出室温稳定的全氮五唑离子盐(cyclo?N5-),五唑类离子盐分解温度大多在100℃以上,且五唑阴离子能与富氮阳离子成盐,为开发新型五唑含能材料提供了新思路。本文梳理了五唑阴离子cyclo?N_5~-的理论研究、合成探索、结构表征、以及对五唑化合物未来发展的展望,从而为从事全氮材料合成研究工作者提供参考。     

四氮烯起爆药的电喷雾电离质谱裂解研究

为了更好地了解含能材料燃烧和爆炸机理,对四氮烯进行了电喷雾电离质谱分析。根据质谱图中碎片离子的信息,总结了四氮烯的裂解途径,发现四氮烯裂解时主要有NH2、HCN、HCN2、N3、N4中性碎片的丢失,推测它的裂解机理是C—N、N—N键的断裂反应和分子内重排反应;同时发现四唑环碎片离子m/z68.9的相对丰度较高,初步断定四氮烯分子结构中的四唑环是相对比较稳定的结构;并且由m/z68.9峰和m/z95.8峰的相对丰度接近,推测分子中C(5)—N(1)键和N(2)—N(3)键的键能相当(以四氮烯命名),且容易断裂,生成四唑自由基、氨基胍自由基和N2。     

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。     

五唑阴离子盐前驱体2，6-二甲基-4-氨基苯酚盐酸盐晶体的制备及特性

为改善2,6-二甲基-4-羟基苯基五唑的产率和纯度问题,实验探讨了以2,6-二甲基苯酚为原料,经亚硝化、还原、成盐三步反应制备芳基五唑的母体原料2,6-二甲基-4-氨基苯酚盐酸盐（DMAPH）晶体的方法。采用红外光谱（IR）、X-射线单晶衍射（SCXRD）、扫描电镜（SEM）、X-射线粉末衍射（PXRD）、差示扫描量热分析（DSC）和理论计算对其化学结构、晶体结构、晶体形貌和稳定性能进行表征。结果表明：以亚硝酸钠和冰乙酸作为亚硝化试剂,亚硝化产率可达90%以上。通过改变析晶溶剂,可获得片状、针状、块状和板状形貌的盐酸盐晶体,而温度只会影响析出晶体的粒径大小。甲醇溶剂析出的DMAPH晶体主要占比晶面是（400）晶面,其他溶剂析出的主要占比晶面为（214）晶面。DMAPH的分解峰温在220~240 ℃,具有良好的热稳定性,相比无定型的DMAPH粉末,晶体对空气的稳定性较好,比较适合长期储存。     

N_2O_5硝解均三嗪衍生物制备RDX

采用绿色硝解剂五氧化二氮(N2O5),在有机介质中硝解三(N-酰基)六氢化均三嗪制备出黑索今(RD X)。考察了溶剂、N2O5用量、反应温度、反应时间对硝解产率的影响。结果表明:以乙腈为溶剂,N2O5与三(N-酰基)六氢化均三嗪摩尔比为5∶1,50℃下,反应1 h,三(N-乙酰基)六氢化均三嗪和三(N-丙酰基)六氢化均三嗪的硝解产率分别可达63.5%和75.2%。产品通过红外光谱、核磁共振、元素分析表征。     

千克级LLM-105合成和三氟乙酸回收技术

研究了氧化2,6-二氨基-3,5-二硝基吡嗪(ANPZ)合成2,6-二氨基-3,5-二硝基吡嗪-1-氧化物(LLM-105)的千克级工艺。LLM-105收率为98.3%,纯度96.4%。降低了三氟乙酸(TFA)用量。采用红外、元素、核磁、质谱表征了LLM-105的结构。采用中和、酸化、蒸馏的方法,研究了TFA母液回收的千克级工艺,回收率为85.4%,纯度99.7%。回收TFA用于ANPZ氧化反应,LLM-105收率为97.8%。探讨了影响氧化反应的因素。最佳工艺参数为:m(ANPZ)∶V(H2O2)=1∶1.8,m(ANPZ)∶V(TFA)=1∶5,反应温度25~30℃,反应时间14 h;回收TFA的最佳工艺参数为,质量比m(TFA)∶V(H2SO4)=1∶1.0。     

非对称性呋咱醚3-叠氮基-3'-硝基呋咱醚:合成及量子化学研究

以3?叠氮基?4?氨基呋咱(AAF)为起始原料,经卡罗酸氧化,水解及分子间醚化反应,首次合成了3?叠氮基?3′?硝基双呋咱基醚(ANFO),总收率32.7%。采用~1H NMR,~(13)C NMR,FT?IR,MS和元素分析表征了ANFO和中间体的结构;以过氧化氢(50%)、硫酸、钨酸钠为新的氧化系统,对ANF氧化法进行了改进,产率达75.1%。探讨了氧化和醚化反应的最佳条件,得到最佳反应条件为:氧化体系n(H_2O_2)∶n(H_2SO_4)=1∶1.5,醚化体系反应温度为30℃。采用B3LYP/6?31G(d,p)法优化了ANFO的结构,在振动分析的基础上计算了ANFO在不同温度下的热力学性质。采用差示扫描量热法(DSC)和密度泛函理论(DFT)研究了ANFO的物理化学性质和爆轰性能。计算的密度、熔点、爆速、爆压、撞击感度(H50)和爆热分别1.85 g·cm-3,182.3℃(dec.),8660 mg·s~(-1),33.81 GPa,35.2 cm,6725 kJ·kg~(-1)。     

非对称性呋咱醚3-叠氮基-3'-硝基呋咱醚:合成及量子化学研究（英文）

以3?叠氮基?4?氨基呋咱(AAF)为起始原料,经卡罗酸氧化,水解及分子间醚化反应,首次合成了3?叠氮基?3′?硝基双呋咱基醚(ANFO),总收率32.7%。采用~1H NMR,~(13)C NMR,FT?IR,MS和元素分析表征了ANFO和中间体的结构;以过氧化氢(50%)、硫酸、钨酸钠为新的氧化系统,对ANF氧化法进行了改进,产率达75.1%。探讨了氧化和醚化反应的最佳条件,得到最佳反应条件为:氧化体系n(H_2O_2)∶n(H_2SO_4)=1∶1.5,醚化体系反应温度为30℃。采用B3LYP/6?31G(d,p)法优化了ANFO的结构,在振动分析的基础上计算了ANFO在不同温度下的热力学性质。采用差示扫描量热法(DSC)和密度泛函理论(DFT)研究了ANFO的物理化学性质和爆轰性能。计算的密度、熔点、爆速、爆压、撞击感度(H50)和爆热分别1.85 g·cm-3,182.3℃(dec.),8660 mg·s~(-1),33.81 GPa,35.2 cm,6725 kJ·kg~(-1)。     

新型低感含能材料N-(氟偕二硝基乙基)-1,5-二氨基四唑-1H的晶体结构及其热稳定性

以1,5?二氨基四唑?1H、氟偕二硝基乙醇为原料,在常温下通过曼尼希反应一步合成了N?(氟偕二硝基乙基)?1,5?二氨基四唑?1H。采用X?射线单晶衍射分析表征了其单晶结构,表明其属于斜方晶系,空间群Pca2_1,173 K下的晶体密度为1.77 g·cm~(-3);采用Hirshfeld表面对晶体中各种作用进行了分析,晶体内占主导地位的分子间相互作用及其分布为(R为比例缩写):R_(O···H/H···O)=27.0%,R_(N···H/H···N)=21.5%,R_(F···O/O···F/F···H/H···F/N···F/F···N)=15.9%,主要为氢键及卤键作用;采用热重及差示扫描量热分析(TG?DSC)研究了其热稳定性,5℃·min~(-1)升温速率下,只有一个尖锐的分解峰温177.32℃,质量损失为92.53%,化合物分解较完全;用Kissinger法与Ozawa法分别计算了其活化能E_K=213.228 k J·mol~(-1),E_O=209.984 k J·mol~(-1)。采用场发射?扫描电镜(FE?SEM)观察了产物的微观形貌,其具有类似空间网状的多孔结构。     

5,5′-二硝胺基-2,2′-联-1,3,4-噁二唑含能离子盐的合成及性能（英文）

以5,5′?二硝胺基?2,2′?联?1,3,4?噁二唑为原料合成了一系列含能盐,采用了红外(FT?IR))、核磁(NMR)和元素分析进行了结构表征。并用X?射线单晶衍射进一步确定了3?氨基?1,2,4?三唑盐(9·2H_2O)和4?氨基?1,2,4?三唑盐(10)的结构,用差热扫描法(DSC)测定了它们的热分解温度,用Explos 5 v6.02计算了它们的爆轰性能。结果表明它们的热分解温度范围为146.8～239.9℃;计算爆速高于7693 m·s~(-1),爆压高于21.3 GPa;密度介于1.683～1.941 g·cm~(-3),实测撞击感度介于10～28 J,摩擦感度介于160～360 N,表明5,5′?二硝胺基?2,2′?联?1,3,4?噁二唑类含能盐是一类性能较好的高能量密度材料。     

甲醇溶液中五氮唑负离子的制备与表征

以对氨基苯磺酸为起始原料,通过重氮化、缩合和水解反应,合成了3,5-二甲基-4-羟基苯胺盐酸盐,总收率为75%。用3,5-二甲基-4-羟基苯胺盐酸盐制备了-50℃下稳定的3,5-二甲基-4-羟基苯基五唑,收率为66.7%。以甲醇为溶剂,亚铁盐为还原剂,间氯过氧苯甲酸为氧化剂,可切断3,5-二甲基-4-羟基苯基五唑分子中的C—N键,得到少量的五唑负离子,并通过质谱、核磁等方法对其进行表征。同位素标记实验证明五唑环中N原子具有相同的化学环境,说明五唑负离子极有可能具有芳香性。