几种四唑类新型含能化合物的设计与合成研究

发布时间：2020-08-11 10:20

【摘要】：目前含能材料的发展主要以高能量密度、低成本和良好的化学安定性等为目标,四唑类含能化合物具有较高的能量密度及分解产物低污染,成为近年来含能材料领域的研究热点。本文设计并合成了一些含有四唑环的新型含能物质并对其性能进行了测试研究,主要内容如下:从分子模块(结构单元、连接单元和官能团)构筑入手,以四唑环、三唑环和呋咱环为主要结构单元,以-NH_2,-NO_2为主要官能团,设计了6种含能分子结构;使用GaussView软件对分子建模,通过密度泛函理论(DFT)的6-31G**基组水平对分子进行优化,计算出分子的密度、生成焓和感度,后利用K-J公式预测了其爆轰性能参数;分析了6种物质的合成可行性并结合性能预测结果,选择了5-(3-硝基呋咱-4-基)-1-羟基四唑和4,5-二(1-羟基-四唑)-1,2,3-三唑两种化合物展开进一步合成研究。以丙二腈为原料,经过亚硝化、环化、重氮化、取代和氧化等一系列反应合成了5-(3-硝基呋咱-4-基)-1-羟基四唑,讨论了各个化合物的合成机理并利用红外光谱、熔点测试、元素分析、核磁共振等手段进行表征;对中间体3-氨基-4-酰胺肟基呋咱的合成路线进行优化,产率达到93.0%;利用两种氧化剂(双氧水+甲烷磺酸+钨酸钠和双氧水+甲烷磺酸)对氧化反应进行了实验及分析;采用DSC研究了产物的热力学性能,化合物的热分解峰温为162℃;撞击感度为22cm。以二氨基马来腈为原料,经过重氮化偶联、重氮、取代以及成环反应合成了4,5-二(1-羟基-四唑)-1,2,3-三唑,并通过复分解反应合成了一些列含能盐,讨论了各个化合物的合成机理并利用红外、熔点测试、元素分析、核磁共振等手段进行表征;对4,5-二酰胺肟基-1,2,3-三唑的合成中使用羟胺溶液进行了探究,使用了盐酸羟胺代替高毒性的羟胺溶液,并对代替后的工艺进行优化实验,产率达到76.8%;采用DSC研究了几种含能的热力学性能,化合物的热分解峰温介于216-288℃之间,化合物e(4,5-二(1-羟基-四唑)-1,2,3-三唑5-氨基四唑盐)分解较快,有作为安全气囊气体发生剂的潜力。
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ560.1
【图文】：

路线图,四唑,硝基,钠盐

图 1.6 5-硝基四唑钠盐的合成路线1953 年，Herbst 等人[33]以 5-氨基四唑为原料，与浓硝酸硝化制得中间体 5-氨基硝酸盐，后经浓硫酸脱水制得 5-硝胺基四唑。2007 年 Thomas 等人[34]合成了 1-甲基甲基取代 5-硝氨基四唑，之后与氨水发生反应得到 1-甲基和 2-甲基取代 5-硝氨基四

呋咱,四唑,硝基,羟基

-(3-硝基呋咱-4-基)-1-羟基四唑

示意图,双氧水氧化,机理,文献基础

图3.12双氧水氧化机理示意图

【参考文献】