含吡啶环硝胺炸药设计与合成途径探索

为降低炸药的感度,同时保持炸药的高能特性,需要合成高能低感单质炸药。本研究把含吡啶环炸药的钝感性与硝胺炸药的高能性相结合,将吡啶环引入炸药分子内的同时,尽可能在炸药分子中引入含有N—N键的硝酰胺基团,提出高能低感含吡啶环硝胺炸药;在研究分子和晶体结构与爆炸性能和安全性能之间的规律性联系基础上,设计了多个含吡啶环硝胺炸药目标物结构;进行了合成路线的设计,通过缩合反应、N-硝化反应、N-氧化反应、C-硝化反应等合成手段,获得含吡啶环硝胺炸药化合物的合成途径。     

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.     

二硝基脲的合成、表征及热力学的理论研究

二硝基脲(DNU)是环状硝胺类含能化合物的重要前体原料.以尿素为原料,经硝化反应合成了二硝基脲,并分离得到了中间体硝基脲,优化了反应条件.在20%发烟硫酸与100%硝酸体积比为0.6/1时,一阶段温度-1 5℃,二阶段温度5℃,反应50 min,二硝基脲收率可达83.2%.采用B3LYP法,在6-31+G(d,p)基组...     

硫脲双环衍生物的合成和硝化

硫脲与乙二醛、１，１，３，３四乙氧基丙烷及４，５二羟基咪唑烷酮在不同条件下进行缩合反应时，得到硫脲及异硫脲两种双环衍生物，再进一步硝化，分别生成脲环硝胺及异硫脲多硝基化合物。通过实验，对几种合成产物的元素组成及结构进行了鉴定     

含吡啶/氨基苯环硝胺炸药的理论设计与合成

将含吡啶/氨基苯环炸药的钝感性与硝胺炸药的高能性相结合,同时在炸药分子中再引入含N—N键的硝酰胺基团。采用量子化学密度泛函理论计算,结合化学热力学和化学动力学研究,对此含吡啶/氨基苯环硝胺炸药进行了系统的理论计算,建立了分子和晶体结构与爆炸性能和安全性能之间的规律性联系。研究表明,含吡啶/氨基苯环炸药具有良好的爆轰性能,N—NO₂键为热解和起爆的引发键。通过理论设计和筛选,提供多个高能低感含吡啶/氨基苯环硝胺炸药目标物,并进行合成路线设计和合成实验研究,通过缩合反应、N-硝化反应、N-氧化反应、C-硝化反应等可获得含吡啶/氨基苯环硝胺化合物。      

6-偕二硝基乙烯基-4,5,8-三硝基-5,6,7,8-四氢化-4H-咪唑烷并[4,5-e]呋咱并[3,4-b]哌嗪的合成（英）

以FOX-7和乙二醛为原料,经过两步缩合环化反应和硝化反应,首次设计并合成出了一种新型的呋咱稠环硝胺化合物6-偕二硝基乙烯基-4,5,8-三硝基-5,6,7,8-四氢化-4H-咪唑烷并[4,5-e]呋咱并[3,4-b]哌嗪(PNEIFP)。采用Gaussian 09程序和VLW方程计算PNEIFP的密度、生成焓和爆速分别为2.02 g·cm-3、724.1 kJ·mol-1和9681.0 m·s-1。利用TLC跟踪实验的方法,确定PNEIFP室温下易分解。     

6-偕二硝基乙烯基-4,5,8-三硝基-5,6,7,8-四氢化-4H-咪唑烷并[4,5-e]呋咱并[3,4-b]哌嗪的合成(英文)

以FOX-7和乙二醛为原料,经过两步缩合环化反应和硝化反应,首次设计并合成出了一种新型的呋咱稠环硝胺化合物6-偕二硝基乙烯基-4,5,8-三硝基-5,6,7,8-四氢化-4H-咪唑烷并[4,5-e]呋咱并[3,4-b]哌嗪(PNEIFP)。采用Gaussian 09程序和VLW方程计算PNEIFP的密度、生成焓和爆速分别为2.02 g·cm-3、724.1 kJ·mol-1和9681.0 m·s-1。利用TLC跟踪实验的方法,确定PNEIFP室温下易分解。     

6-硝亚氨基-4,8-二硝基-5,6,7,8-四氢化-4 H-咪唑烷并[4,5-e]呋咱并[3,4-b]哌嗪的合成（英）

自行设计了未见文献报道的呋咱稠环类含能化合物6-硝亚氨基-4,8-二硝基-5,6,7,8- 四氢化-4H- 咪唑烷[4,5-e]并呋咱[3,4-b]并哌嗪（NIFDNP）的结构与合成路线,以乙二醛和硝基胍为原料经过两步缩合环化反应,一步硝化反应得到目标化合物,采用红外、核磁、元素、质谱对目标化合物和中间体进行了结构鉴定;采用Gaussian 09和VLW方法预估了NIFDNP的性能,其密度为2.04 g?cm-3,爆速为9226 m?s-1,其性能优良,是一种有应用前景的化合物。     

新脂肪族含能化合物的合成

本文之內容是九个新叠氮化合物的合成和物理性质。这些叠氮化合物还含其它含能基团,包括硝胺、硝基硝胺、硝基酯、硝基醚、硝酸酯以及二氟氨基链烷。此外还报告了两个新的含能氟二硝基甲醛缩二醇。     

硝基脲类含能材料的合成及性能研究进展

系统综述了国内外关于硝基脲类含能材料的合成和性能研究进展。重点介绍了硝基五元环脲类尤其是甘脲类含能材料的合成与性能。认为,硝基脲类含能材料具有较好的热稳定性、较高的密度和能量水平,但双硝基脲类化合物的水解稳定性差限制了其应用。指出,甘脲类含能材料和七、八元环硝基脲类含能材料研究相对较少。可考虑设计良好的氮杂环骨架分子,骨架分子中引入硝仿基(—C(NO2)3)、硝基(—NO2)、氨基(—NH2)和硝氨基(N—NO2)等含能基团来合成新型化合物,以提高硝基脲类化合物的实际应用价值。提出了设计与合成新型硝基脲类含能材料的研究方向,附参考文献52篇。     

金刚烷类高能量密度燃料研究进展

从三个方面对金刚烷类高能量密度燃料的研究及应用发展进行了综述,包括金刚烷类化合物的分子结构与性能关系、金刚烷及其含能衍生物的合成方法、金刚烷类高能量密度燃料的应用现状,基于此对金刚烷类燃料的可能发展方向提出了展望,建议金刚烃的绿色合成工艺以及金刚烷类燃料复配技术值得进一步研究。     

3,4,5-三硝基吡唑及其衍生物的研究进展

3,4,5-三硝基吡唑(TNP)作为唯一全碳硝化的吡唑类化合物,具有高密度、高能量、低感度的优点,在含能材料领域具有广阔的应用前景。综述了TNP及其共价型衍生物、含能离子盐(金属盐及非金属盐)的合成、性能及应用的研究现状。从分子层面的角度论述了TNP为骨架的含能化合物的分子设计。认为今后此类含能化合物的研究应着重下面几个方向:TNP新的合成思路及工艺优化;1-氨基-3,4,5-三硝基吡唑(ATNP)及1,3,4,5-四硝基吡唑的合成及性能研究;TNP与其他富氮基团组成新型含能化合物的分子设计与合成;TNP及其衍生物的应用研究。     

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。     

硝基吡唑类衍生物的结构和爆轰性能的理论研究

采用B3LYP/6-311G**方法对24种硝基吡唑类衍生物体系进行了全优化,几何优化结果表明所有化合物均无虚频,为势能面上的稳定结构;采用Monte-Carlo方法理论估算了24种化合物的密度,并设计等键等电子反应计算了其生成焓;运用Kamlet-Jacobs预测了爆速、爆压,其爆速在6.42～9.00 km.s-1之间。结果表明:吡唑环上有一定的芳香性,所设计的系列硝基吡唑化合物能量较高,是有潜力的含能材料候选物。     

笼状骨架含能化合物构建研究进展

笼状结构因其高对称性、高环张力和致密的堆积密度成为理想的含能化合物骨架,是含能材料研究领域的热点。综述了以单质型含能化合物和金属络合物型含能化合物分类的已报道的笼状骨架含能化合物。其中,笼状骨架的单质含能化合物重点归纳了立方烷、伍兹烷、金刚烷等体系,典型化合物八硝基立方烷和六硝基六氮杂异伍兹烷已成为能量水平最高的单质含能化合物;笼状骨架的金属络合物型含能化合物重点介绍具有三维网络笼状空间的结构,该类化合物通过紧凑的排列方式形成了致密的网络结构,利用包裹方式将其它组分融入笼状结构中。指出,笼状骨架的单质含能化合物进一步的研究方向应以解决制备路线过长,成本过高的问题,为应用研究提供基础;笼状骨架的金属络合物型含能化合物研究处于起步阶段,种类较少是主要问题,但该类化合物普遍制备简易,成本较低且能量水平较高,应作为笼状骨架含能化合物下一步发展的重点方向。     

N,N-二(1(2)氢-5-四唑基)胺及其衍生物的研究进展

四唑类含能化合物具有氮含量高、密度高、热稳定性好、成气量大等优点。汇总和评述了N,N-二(1(2)氢-5-四唑基)胺及其非金属盐类化合物、金属配合物的合成、性能及应用研究进展。建议:(1)设计分子中有更多氮、氧原子和配位氧的化合物,以改善氧平衡、提高密度;(2)选制备容易、结构简单、性能优异的化合物为研究对象,开展该类化合物在钝感高能炸药、固体推进剂、火工品及新型气体发生剂等领域中的应用研究。     

1,4,5,8-四氮杂氢化萘（2,3,-6,7）并双呋咱衍生物的合成

由1，4，5，8—四氮杂氢化萘(2，3，-6，7)并双呋咱经羟甲基化、酰化、硝化和叠氮化等反应合成出一系列热稳定的呋咱含能衍生物，并以^1HNMR、IR、MS、元素分析鉴定了其结构。     

联唑类含能化合物及其含能离子盐研究进展

联唑类含能化合物及其含能离子盐是近年发展起来的一类新型含能材料,具有高氮含量、高生成焓、高爆轰性能和相对钝感等特性,在新型炸药、低特征信号推进剂、气体发生剂、低烟或无烟烟火等领域有着广泛的应用前景。综述了有关联-1,2,4-三唑、联四唑和5-(1,2,4-三唑)四唑等联唑类含能化合物及其含能离子盐的最新合成研究成果,并对部分化合物的物化性能进行了阐述。认为下一步的工作重点为研究富氮阳离子的引入对联唑类含能化合物感度和爆轰性能的影响,合成出综合性能更好的联唑类含能化合物。设计了9种新型联唑类含能化合物,并利用量子化学方法对其性能进行预估。     

3,5-二硝基羟基吡啶类含能盐的研究进展

综述了国内外关于三种3,5-二硝基羟基吡啶类化合物(2-羟基-3,5-二硝基吡啶(2HDNP)、4-羟基-3,5-二硝基吡啶(4HDNP)和4-羟基-3,5-二硝基吡啶氮氧化物(4HDNPO))金属盐和非金属盐的合成、晶体结构、热化学性质和非等温热分解动力学行为,以及它们对固体推进剂燃烧性能影响的研究进展。三种3,5-二硝基羟基吡啶类化合物铅铜盐都表现出对RDX-CMDB微烟推进剂明显的催化燃烧作用和降低压力指数的能力,其中以2HDNPPb/2HDNPCu复合催化体系催化效果最好。预计随着更多此类化合物及其含能盐的合成及应用研究,会发现一些综合性能优良的固体推进剂燃速调节剂。     

胍基含能离子化合物的研究进展

总结了具有生成焓高、热稳定性好、对环境友好等特点的胍基含能离子化合物合成方法,分析了阴阳离子、取代基团和分子间作用力对其熔点、密度和能量性能的影响,详述了胍基含能离子化合物在气体发生剂、推进剂和炸药方面的应用进展。