双呋咱并[3,4-b:3',4'-f]氧化呋咱并[3″,4″-d]氮杂环庚三烯及衍生物的合成和表征

以3,4-双(4'-硝基呋咱-3'-基)氧化呋咱(BNFF)为原料,合成9种不同取代基的双呋咱并[3,4-b:3',4'-f]氧化呋咱并[3″,4″-d]氮杂环庚三烯(a~i),探究了成环反应的SN2机理,并采用核磁、红外、质谱等对其进行了表征。将7-(2-氨基-1-乙基)-双呋咱并[3,4-b':4'-f]氧化呋咱并[3″,4″-d]氮杂环庚三烯(c)与2,4-二硝基氯苯、2,4,6-三硝基-3-氨基氯苯反应合成出两种未见文献报道的化合物,N-(2',4'-二硝基苯基)-和N-(3'-氨基-2',4',6'-三硝基苯基)-7-(2-氨基-1-乙基)-双呋咱并[3,4-b':4'-f]氧化呋咱并[3″,4″-d]氮杂环庚三烯(j和k),通过差示扫描量热法研究这两种物质的热性能,结果表明,化合物j的第1、2阶段热分解放热峰分别为258.03℃和329.92℃,化合物k的第1、2阶段放热峰分别为275.35℃和360.24℃,表明多硝基苯基的引入可提高含能化合物的热稳定性。理论预测了其爆轰性能:j的理论密度、爆速、爆压分别为1.68 g·cm-3、6945 m·s-1、21 GPa,k为1.74 g·cm-3、6438 m·s-1、18 GPa。     

哌嗪化学的研究 第Ⅰ报 哌嗪系列高能量密度化合物合成研究进展

二甲酰基-四羟基哌嗪(DFTHP)是合成含能化合物、环硝胺化合物的重要前体化合物.本文综述了DFTHP系列高能量密度化合物(HEDC)合成研究的现状,指出该系列化合物的合成研究可分为三个阶段——哌嗪缩合反应、哌嗪稠环化反应和哌嗪的笼形化反应.六硝基六氮杂三环十二烷二酮(HHTDD)和六硝基六氮杂三环十四烷并双氧化呋咱(HHTTD)是稠环硝胺化合物中的典型代表；4,10-二硝基-2,6,8,12-四氧杂-4,10-二氮杂异伍兹烷(TEX)是笼形硝胺化合物中的典型代表.     

五种呋咱衍生物的新法合成

改进3-(N-2,4,6-三硝基苯基)-氨基-4-硝基呋咱、3-氨基-4-(1H-5-四唑基) 呋咱、3-硝基-4-(1H-5-四唑基) 呋咱、 3,3′-(1H-5-四唑基)-4,4′-偶氮呋咱及3-氨基-4-(4-氰基-5-氨基-1-1,2,3-三唑基) 呋咱的合成方法,反应条件相对温和,产率相应提高: 3-氨基-4-硝基呋咱与2,4,6-三硝基氯苯(苦基氯) 反应以36.1%的收率制得3-(N-2,4,6-三硝基苯基)-氨基-4-硝基呋咱; 3-氨基-4-氰基呋咱和叠氮基成环得到3-氨基-4-(1H-5-四唑基) 呋咱,产率90.9%; 以高锰酸钾为氧化剂氧化3-氨基-4-(1H-5-四唑基) 呋咱合成出86.8%的3,3′-(1H-5-四唑基) -4,4′-偶氮呋咱,以30%的双氧水、钨酸钠及甲磺酸为氧化体系则得到75.6%的3-硝基-4-(1H-5-四唑基) 呋咱; 3-氨基-4-叠氮基呋咱与丙二腈作用制得3-氨基-4-(4-氰基-5-氨基-1-1,2,3-三唑基) 呋咱,产率为91.8%; 采用核磁、红外、质谱等分析手段对所合成化合物进行结构表征。      

呋咱醚含能化合物研究进展

呋咱醚含能化合物是一类重要的含能材料,具有熔点较低、能量较高、塑性强的优点。从20世纪90年代起始,该类含能化合物已成为含能材料研究领域重要方向之一。本文综述了对称与非对称呋咱醚含能化合物的醚化合成方法,全面介绍了典型含能化合物FOF-1、FOF-2、FOF-11以及FOF-13的合成、性能及应用研究进展。设计出11种未见文献报道的呋咱醚含能化合物结构,并采用半经验计算方法 PM3进行了物化与爆轰性能预估,其中2种呋咱醚含能化合物密度大于1.90 g·cm-3、爆速大于9000 m·s-1。     

3-氰基-4-硝基氧化呋咱合成及性能

以丙二腈为原料,经过重氮化、加成、环化及氧化反应合成了3-氰基-4-硝基氧化呋咱,其中环化和氧化反应收率分别为55.1%和83.8%。利用红外光谱、核磁共振、元素分析对3-氰基-4-硝基氧化呋咱进行了结构表征。通过对3-氰基-4-硝基氧化呋咱和3-氰基-4-硝基呋咱~(13)CNMR谱归属研究,确定了氧化呋咱环外配位氧位置。采用量子化学方法优化了3-氰基-4-硝基氧化呋咱分子构型,计算了键级,预估了理论密度(ρ)、标准生成焓(Δ_fH(s))、爆速(D)和爆压(p)。结果表明,3-氰基-4-硝基氧化呋咱分子键级最小的键为N(1)—O(4)(0.84)和C(6)—N(9)(0.91),为分子中易分解点;3-氰基-4-硝基氧化呋咱的ρ、Δ_fH(s)、D和p值分别为1.74 g·cm~(-3)、352.6 k J·mol~(-1)、8352 m·s~(-1)和30.9 GPa,是一种能量水平较高的含能化合物。     

多硝甲基氧化偶氮呋咱含能衍生物爆轰与安全性能理论研究

为了考察多硝甲基氧化偶氮呋咱含能衍生物的爆轰与安全性能,基于密度泛函理论的B3LYP方法,在6-31G**基组水平上,对比研究了硝基氧化偶氮、三硝甲基氧化偶氮及氟二硝甲基氧化偶氮三种含能基团对呋咱、偶氮呋咱、氧化偶氮呋咱及呋咱醚的几何构型、静电势分布、密度、生成焓、氧平衡、爆速、爆压、键离解能以及撞击感度的影响。结果表明,三硝甲基氧化偶氮基团与氟二硝甲基氧化偶氮基团均可大幅提高呋咱衍生物的密度和氧平衡,氟二硝甲基氧化偶氮基团还可大幅提高呋咱衍生物的爆速和爆压,且具有良好的热稳定性和撞击感度特性。基于12种呋咱含能衍生物理论计算结果,筛选出一种高能量密度化合物:3,3′-双(氟二硝甲基氧化偶氮基)-4,4′-氧化偶氮呋咱,其密度为2.019g·cm~(-3)、爆速为9.735km·s~(-1)、爆压为44.90GPa、特性落高为36cm。     

硝基呋咱/CMDB推进剂能量特性

根据最小自由能法,采用NASA-CEA软件,研究了六种硝基呋咱化合物:3-硝基呋咱(NF)、3,4-二硝基呋咱(DNF)、3-硝氨基-4-硝基呋咱(NNF)、3-硝氨基-4-硝基呋咱铵盐(ANNF)、3-硝氨基-4-硝基呋咱肼盐(HNNF)和3-硝氨基-4-硝基呋咱羟胺盐(HANNF)的能量特性。研究了硝基呋咱化合物含量对复合改性双基(CMDB)推进剂能量特性的影响和压强对硝基呋咱/CMDB推进剂能量特性的影响。结果表明,HANNF和HNNF单元推进剂的比冲高于RDX,分别为2744.8 N·s·kg-1和2802.2 N·s·kg-1。六种硝基呋咱化合物使CMDB推进剂的比冲大幅提高,其中HNNF和HANNF使CMDB推进剂的比冲分别提高74.6 N·s·kg-1和91 N·s·kg-1。六种硝基呋咱/CMDB推进剂的比冲均随压强升高而增加。比冲受压强影响顺序为DNFNNFHANNFANNFHNNFNF。     

氧桥多呋咱类化合物爆轰性能预估

采用B3LYP/6-31G方法对二硝基链式氧桥多呋咱(C2nN2n 2O2n 3)(n=2～7)体系及环式氧桥多呋咱(C2nN2nO2n)(n=2～4,6)体系进行了结构全优化,得到其稳定的几何构型；采用Monte-Carlo方法预估了密度；设计等键等电子反应计算了生成焓；运用Kamlet公式预测了爆速、爆压和爆热.分析了两种体系中n的变化对其爆轰性能的影响规律.结果表明：(1)二硝基链式或环式氧桥多呋咱结构中,随着重复单元呋咱环数量的增加,化合物爆轰性能参数(爆速、爆压和爆热等)呈现减少的趋势；(2)当n相同时,环式氧桥多呋咱比链式氧桥多呋咱更稳定.因此,对于该类化合物应选择爆轰性能好的4,4′-二硝基双呋咱醚(n=2,链式)及1,4-二氧［2,3；5,6］二并呋咱环己烷(n=2,环式)进行合成.     

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。     

3,4-二(3-氟偕二硝基-4-氧)呋咱: 一种新型热稳定高能量密度增塑剂（英）

自行设计并合成了一种含有氟偕二硝基的新型高能增塑剂3,4-二(3-氟偕二硝基-4-氧)呋咱.通过FT-IR、13C NMR、19F NMR、元素分析、DSC等分析手段进行了结构表征.基于计算的标准生成焓以及实测的密度,采用Kamlet-Jacobs方程计算了3,4-二(3-氟偕二硝基-4-氧)呋咱的爆轰性能,并与常用增塑剂:硝化甘油(NG)和二(氟偕二硝基)甲醛(FEFO)和3,3'-二硝基双呋咱醚(FOF-1)的爆轰性能进行了对比.结果表明,3,4-二(氟偕二硝基-4-氧)呋咱具有热稳性好(分解温度197.8℃)、密度大(1.88 g·cm-3)、熔点低(50℃)和能量水平高等特点,是一种综合性能优异的含能增塑剂.