3-叠氮-4-氨基呋咱的合成与晶体结构

以呋咱环为基本结构单元可以构建多系列性能优异的新型呋咱含能衍生物，它们一般具有能量密度高，标准生成焓大，氮含量高以及分子热力学稳定性较好等优点。3-叠氮-4-氨基呋咱（AAF）作为合成三唑联呋咱、多叠氮基呋咱、呋咱醚、腈基呋咱等多类含能化合物的重要中间体，而且本身也是一个高能量密度化合物，因此探讨其合成方法具有一定的意义。3-叠氮-4-氨基呋咱的合成路线如图1所示，合成分为3步：第一步是乙二醛与盐酸羟胺在氢氧化钠溶液中发生加成缩合反应得N-氨基乙二肟（DAG）。该反应具有强放热性，实验操作应小心。     

基于4，8-二氢二呋咱[3，}4-b，e]吡嗪高能材料的设计与筛选

为了寻找高能量密度的材料,本文设计了一系列基于4,8-二氢二呋咱[3,4-b,e]吡嗪的含能材料. 利用密度泛函理论研究了它们结构与性质之间的关系. 结果表明,这些设计化合物的性质受到含能基团和杂环取代基的影响. -N₃含能基团是提高设计化合物生成热的最有效取代官能团,而四唑环/-C(NO₂)₃基团对炸药的爆轰性能有较大贡献. 键解离能分析表明,引入-NHNH₂,-NHNO₂,-CH(NO₂)₃和-C(NO₂)₃基团会显著降低键解离能. 由于化合物A8,B8,C8,D8,E8和F8具有良好的爆轰性能和热稳定性,最终被筛选为潜在的高能密度材料. 此外,还计算了这些筛选化合物的电子结构.     

新型含能材料研究

1呋咱类化合物的合成含呋咱（氧化呋咱）环的含能化合物具有许多优异的炸药性能：标准生成焓高,富含氮氧,能量密度高,分子稳定性好,熔点较低。3,4-二（硝基呋咱基）氧化呋咱（DNTF）威力大,能量高,接近CL-20,安全性能较HMX和CL-20好,在熔铸炸药、推进剂及柔性导爆索等领域有着广阔的应用前景。DNTF属第四代高能炸药。     

六硝基六氮杂三环十四烷对二呋咱（HHTTD）的合成

杂环硝胺是重要的含能化合物，研究表明：用羰基取代环胺中的次甲基，可以提高炸药的结晶密度，进而提高爆速，比如硝基甘脲及我国20世纪70年代就已合成的六硝基六氮杂三环十二烷二酮。如果将呋咱基引入到氮杂稠环类化合物分子结构中，以取代结构中的羰基，则又有可能创造一类密度及能量都非常高的炸药。基于该思想，文中利用两种化合物DAF和1，4-甲酰基-2，3，5，6-四羟基哌嗪（DFTHP），合成了目标炸药分子：六硝基六氮杂三环十四烷对二呋咱（HHTTD）及前体化合物六氮杂三环十四烷对二呋咱（HTTD）。文中给出了HTTD的合成方法及HTTD的硝化反应，提出了一种新化合物HHTTD的合成方法并对羟胺缩合反应进行了较详细的研究，HTTD及HHTTD的结构见图1。     

用分子子图法计算硝基呋咱化合物的生成热

用新的分子子图法计算硝基呋咱类化合物的生成热 ,将呋咱基团视为母体 ,即基子图项 ;硝基、叠氮基、甲基、氰基拆分为一个个原子 ,从原子的角度来分分子子图 ,将碳、氢、氧、氮原子视为取代基 ,即亚子图项 .同时考虑呋咱基团的个数 ,考虑 1位、2位、3位、4位上碳、氢、氧、氮原子及双键、叁键对生成热的影响 ,还考虑不饱和度、总硝基个数、环的个数 (除呋咱环 )、氮氮及氮氧双键的个数对生成热的影响 .用这种新的分子子图编码方法 ,对硝基呋咱化合物的生成热进行了拟合和预估 ,取得了满意的结果 ,其回归方程的相关系数达到了 0 .995 4 .     

两类偶氮化合物合成及光谱分析

偶氮染料作为一种非线性生色团广泛用于光折变材料中。本文通过重氮化偶联反应制备了两种含偶氮苯的咔唑化合物材料,并用IR、UV和RS等测试手段对化合物进行了分析和表征,结合IR、UV和RS谱图的结果确定在这两类化合物中确实存在偶氮基团。为含偶氮苯的咔唑光折变材料的光学性研究打下基础。     

DNTF的合成与表征

3，4-二（硝基呋咱基）氧化呋咱（DNTF）是一新型高能量密度化合物，其感度较HMX的低，能量较HMX的高，与CL-20的相当。文中对DNTF及其中间体3-氨基-4-酰胺肟基呋咱（AAOF），3-氨基-4-酰氯肟基呋咱（ACOF），3，4-二（氨基呋咱基）氧化呋咱（DATF）及其异构体3，6-二（3＇-氨基呋咱基-4-基）-1，4-二氧杂-2，5-二氮杂环己-2，5-二烯（BADDD）的合成，表征和主要的物化和炸药性能进行了报道。     

苯并呋咱-1-氧化物与二级胺光化学反应的电子自旋共振研究

本文报道了二苯胺、甲基苯基胺、甲潜苄胺、二苄胺、二异丙胺和二乙胺分别与苯并呋咱-1-氧化物在紫外光照下发生光化学反应的电子自旋共振(ESR)研究结果。结果表明:紫外光的作用首先使苯并呋咱-1-氧化物处于激发态,它与二胺作用生成激基态络合物,经氧转移和二胺的氮氢键断裂而最终生成相应的氮氧自由基。     

偶氮类化合物热相变动态过程的二维相关拉曼光谱研究

利用变温傅里叶变换拉曼光谱（ＦＴ－Ｒａｍａｎ）研究含偶氮苯基长链脂肪酸化合物８Ａ５Ｈ固体的热相变。二维相关光谱分析技术被应用到以温度为变量的同步和异步相关计算，目的在于研究该化合物中不同基团在热相变过程中取向变化过程以及变化趋势、步骤等一系列的动态结构变化。展示了研究偶氮类化合物热致相变过程中结构动态新的研究方法，同时也为二维相关光谱的应用拓宽了新的研究领域。     

苯并氧化呋咱稳定性和异构化的DFT和ab initio研究

运用B3LYP/6-31G(d)密度泛函理论（DFT）方法对苯并氧化呋咱、邻二亚硝基苯及其间的异构化反应进行了计算研究。结果表明,苯并氧化呋咱的分子总能量比邻二亚硝基苯的低;由苯并氧化呋咱异构为邻二亚硝基苯的正向反应活化能（Ea+=51.0kJ/mol）,与文献实测值（58.6kJ/mol）较接近,而其逆向反应活化能（Ea-=4.6kJ/mol）很小,从而揭示了苯并氧化呋咱比邻二亚硝基苯更稳定·此外,进行了HF/3-21G、HF/6-31G(d)和MP2/6-31G(d)//6-31G(d)水平下相应的计算,发现B3LYP-DFT的结果较abinitio为优。谐振动频率的B3LYP/6-31G(d)计算还支持了邻二亚硝基苯为苯并氧化呋咱“自-自”互变重排反应的中间体。     

氢键对于偶氮苯衍生物非线性光学性质的影响

设计合成了三种偶氮苯化合物,分子的一端为羟基,改变其对位取代基团硝基、氢和甲氧基. 并利用Z扫描技术分别测试了偶氮苯化合物在THF及CHCl₃溶液中的三阶非线性光学响应,所用激光输出波长为532 nm、脉宽为16 ns. 结果表明：对于不同取代基团的偶氮苯化合物,改变不同溶剂其酚羟基与THF 溶剂分子间形成了氢键,体系中供电子能力增强,分子排列有序度提高,因此非线性吸收系数和非线性折射率)相比较于CHCl₃溶液,均表现出了不同程度的增强;同一溶剂中,4-硝基-4'-羟基偶氮苯由于其形成了推拉电子结构,电子云更易于流动,电荷转移程度高,表现出更大的非线性光学响应特性.     

含偶氮苯的咔唑类光折变化合物的合成与光谱研究

通过重氮化偶联反应制备了一种既含偶氮基团又含咔唑基团的光折变材料,并通过红外、紫外和拉曼光谱对其进行了结构鉴定和分析.     

α-异噁唑偶氮基-β-二酮类衍生物及其互变异构体的光谱

研究了5种新型的具有不同结构的aα-异噁唑偶氮基-β-二酮类衍生物的红外光谱和紫外光谱，讨论了它们的酮式-烯醇式以及偶氮式．腙式之间的互变异构化现象。结果表明，所有化合物无论以固体形式或在溶液中均以腙式二酮体和偶氮式烯醇体的混合形式存在。各化合物的紫外吸收谱均呈双峰状，峰值分别处于246～262nm和326～339nm之间，其中，高波长吸收峰的强度明显高于低波长吸收峰强度，说明了各化合物中偶氮式烯醇体形式均多于腙式二酮体形式，其原因是由于各化合物中偶氮式烯醇体的异构体较多，且易以分子内氢键形式形成六元环，有利于结构稳定。     

3-溴-4-丁氧基-4''''-硝基偶氮苯三阶非线性光学性能的研究

采用Z扫描技术对一种新的偶氮苯类化合物的三阶非线性光学系数进行了测量.实验结果的分析表明,该化合物具有较大的三阶非线性极化率;其三阶非线性主要来源于强的π电子离域性.     

3-溴-4-丁氧基-4′-硝基偶氮苯三阶非线性光学性能的研究

采用Z扫描技术对一种新的偶氮苯类化合物的三阶非线性光学系数进行了测量。实验结果的分析表明,该化合物具有较大的三阶非线性极化率;其三阶非线性主要来源于强的π电子离域性。     

CL-18的合成

CL-18是根据TATB和BTF两种化合物的分子结构特征所设计并已合成的，其分子兼具TATB和BTF的分子特征，一方面，氨基的推电子效应使C-NO2键能增强，又由于氨基与硝基的氧原子间形成强的分子内和分子间氢键，更增强了分子的稳定性，因而具有优良的热稳定性和较低的感度。另一方面，分子中引入氧化呋咱基团，可明显提高化合物的密度和爆轰性能。在钝感冲击片雷管和钝感传爆药中具有潜在的应用前景。     

几种咪唑-二氧杂环的含能取代衍生物的理论研究

使用DFT的B3LYP方法对几种咪唑二氧杂环化合物的分子结构、红外光谱、生成焓、爆轰性能和化学/热稳定性进行了研究.四种不同含能基团-NO₂,-NH₂,-N₃和-ONO₂对该化合物各项性能的影响进行了比较.结果表明-NO₂和-ONO₂基团有效地增加了化合物的密度,而-N³基团极大地增加了化合物的生成焓.其中-NO₂取代物爆轰性能接近1,3,5,7-tetranitro-1,3,5,7-tetraazacyclooctane,-ONO₂取代物的爆轰性能低于hexahydro-1,3,5-trinitro-1,3,5-triazine.自然键轨道分析表明,这些化合物中相对较弱的键为取代基和咪唑环之间的键,以及二氧杂环中的C-O键.吸电子基团(-NO₂, -N³和-ONO₂)在分子中产生了明显的诱导效应,减弱了基团与咪唑环之间的链接,降低了对应键的键裂解能.研究表明基团的电负性与化合物的稳定性有关.考虑到化合物的爆轰性能和热稳定性,DNTNDI化合物满足高能量密度材料的要求.     

3，3-二硝基氮杂环丁烷的合成

多硝基氮杂环丁烷3，3-二硝基氮杂环丁烷(DNAZ)，除用做目前最具有应用前景的含能材料之一1，3，3-三硝基氮杂环丁烷(TNAZ)的合成中间体之外，利用其呈碱性的特点与许多酸性物质反应得到含能盐。能与DNAZ形成盐的含能阴离子非常普遍，尤其以硝基取代的五元芳香杂环最为重要，主要包括3，5-二硝基-1，2，4-三唑阴离子、4，4’，5，5，-四硝基双咪唑阴离子、2，4-二硝基咪唑阴离子及3-硝基-5-羟基三唑阴离子等。这些含能盐可作为火箭推进剂的氧化剂成分。     

含偶氮苯类星型液晶化合物的光致变色

研究了一种以Si为中心外围含4个丁氧基偶氮苯液晶基元的星型液晶化合物Si(AZO)4的光致变色规律,利用紫外-可见吸收光谱研究了在氯仿和四氢呋喃溶液中的量子产率、光致变色和光回复反应.实验结果表明样品在各溶液的光致变色和光回复反应均为一级动力学反应,并求算了光致变色反应的正、逆反应速率常数均为10-1s-1数量级,是偶氮类侧链液晶高分子的速率常数的107倍,表明Si(AZO)4的星型结构对末端偶氮基团的吸收光谱没有明显影响,产物具有类似小分子的光致变色性,并且Si(AZO)4的正、逆反应速率常数比值小于液晶基元的比值,表明具有更好的光可逆性,有望作为光控开关和新型信息功能材料.     

四种耐热含能化合物电子结构的第一性原理研究

本文模拟计算了2,2’,4,4’,6,6’-六硝基联苯(HNBP)、2,2’,4,4’,6,6’-六硝基二苯乙烯(HNS)、2,5-二苦基-1,3,4-噁二唑(DPO)和5,5''-双(2,4,6-三硝基苯基)-2,2''-双(1,3,4-噁二唑)(TKX-55)四种耐热含能化合物的分子结构、Mulliken电荷布居、分子静电势(MEP)和Hirshfeld表面, 通过研究其分子特性、电子特性以及分子间相互作用, 以了解高耐热性含能化合物的耐热机理. 结果表明, 桥连接结构的复杂性以及分子间强氢键相互作用会增强含能化合物的稳定性. 此外, 本研究还发现中间基团的加入会对四种含能化合物分子两侧芳香环上碳原子的电荷分布以及分子表面正负静电势区域面积产生一定的影响.