氮杂环类高氮含能化合物的合成研究

发布时间：2020-06-16 17:48

【摘要】：氮杂环类含能化合物中的能量主要来自于分子结构中的环张力和大量含能化合键(如:C-N、C=N、N-N、N=N),分子氮含量越高,则化合物的生成焓越高,相应的爆轰性能也越出色。本论文设计并合成了多个结构新颖的氮杂环类高氮含能化合物,采用氢谱、碳谱、红外及DSC对合成化合物进行了表征和确认,采用理论计算预估了化合物的爆轰性能,对部分新化合物进行了感度测试和起爆性能测试。论文主要分为以下三个部分:1.基于三硝基苯基体系氮杂环类高氮含能化合物的合成研究以2,4,6-三硝基甲苯(TNT)为起始原料,制得2,4,6-三硝基苯甲醛;2,4,6-三硝基苯甲醛分别与二硝基胍、1,5-二氨基呋咱(DAF)、5-氨基四唑在回流条件下经醛胺缩合反应得到1,2-二硝基-3-(2,4,6-三硝基亚苄基)胍(35),5-(2,4,6-三硝基亚苄基)甲亚胺-四唑(36)和3,4-双(2,4,6-三硝基亚苄基甲亚胺)呋咱(37),采用DSC研究了三种化合物的热力学性能,其中,化合物37的分解温度达到234.3 ℃。通过理论计算预估化合物35-37的爆轰性能参数并于TNT和RDX进行了比较。其中,化合物35的爆速达到8339 m/s、爆压达到30.53 GPa,与RDX的爆轰性能相近。并对化合物35-37的感度性质进行了测试,其撞击、摩擦和静电感度均低于TNT和RDX。2.基于肼基三唑环氮杂环类高氮类含能化合物的合成研究以4-氨基-3-肼基-1,2,4-三唑为初始原料,利用其结构中的肼基和氨基,进行分子内成环反应合成化合物43。溶剂挥发法培养得到化合物43的晶体,利用单晶衍射对其结构进行解析,确定了化合物43是具体结构,并对化合物43的生成原理机理进行分析。3.绿色起爆药三嗪-四嗪体系高氮含能化合物的合成研究以3,6-二肼基-1,2,4,5-四嗪(DHT)和三聚氯氰为原料经亲核取代得到3,6-对(2-(4,6-二氯-1,3,5-三嗪)肼基)-1,2,4,5-四嗪(45);化合物45经叠氮化反应合成3,6-对(2-(4,6-二叠氮基-1,3,5-三嗪)肼基)-1,2,4,5-四嗪(47);化合物47经氧化脱氢反应合成3,6-对(2-(4,6-二叠氮基-1,3,5-三嗪)偶氮基)-1,2,4,5-四嗪(48)。采用溶剂挥发法培养了化合物47的单晶,并对其结构进行了解析。采用DSC研究化合物的热力学性能,化合物47(193.9 ℃)满足绿色起爆药剂热分解温度大于190℃的要求。采用理论计算预估了化合物46-48生成焓,其中化合物48的生成焓高达2819.9kJ·mol-1是迄今为止报道的生成焓最高的高氮化合物之一。另外,还对化合物47和48进行了起爆、爆轰性能研究,实验表明,47有望可以作为传统起爆药剂Pb(N3)2的绿色无金属替代物,并且其起爆性能与Pb(N3)2相当;48可作为猛炸药使用,爆轰性能与RDX相当。
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ560.1
【图文】：

DSC曲线,化合物,DSC曲线,放热分解

逦ｇ杂环类高氮含能化合于２０７．８°Ｃ和２６０．７°Ｃ达到最高，出现峰值，此为化合物的放热化合物３５和３７的放热分解是一个非常迅速的过程，符合含能材后分别在２３０．１邋Ｙ和２８３＿２°Ｃ停止放热。１８２．６°Ｃ时，化合物３６在化过程，后进入放热分解过程，分解速率在２０５．３邋°Ｃ时达到最高，放热。由以上可知化合物３７的热稳定性要优于３５和３６，这可能并且共轭体系更大，使得化合物热稳定性更好。逡逑ｅｘｏ逦２０７．８。。逦２０ｆ．３ｃＣ逡逑

晶胞,化合物

邋逦＋Ｋ１邋ｍ逦＋逡逑邋ｖ邋）邋—邋＞邋４３＞Ｈ图３．２化合物４３合成反应机理逡逑析逡逑３溶于热的甲醇溶剂中，将所得澄清溶液静置测试标准的无色透明晶体。利用Ｂｒｕｋｅｒ邋ＳＭＡＲＴａ射线（Ｘ＝邋０．７１０７５邋Ａ）在１１３（２）邋Ｋ温度下收集化果表明（如图３．２所示），化合物４３的分子式２／ｃ，细胞体积为９４６．１１（１８）邋Ａ３。晶体密度１．６７２，邋ｂ邋＝邋６．８０６５（８）邋Ａ，ｃ＝邋１０．１９１５（１０）邋Ａ，ａ＝邋９０。，４３晶胞堆积图所示，化合物４３的单晶在ｃ轴

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