氨基呋咱氧化为氨基硝基呋咱的合成研究

研究开发了将氨基呋咱转化为氨基硝基呋咱新的高收率氧化方法. 采用甲烷磺酸为介质, 以过氧化氢、碱或碱土金属和胺为基的氧化物(如钨酸钠或过硫酸铵)混合物的新氧化体系[H2O2/CH3SO3H/Na2WO4或(NH4)2S2O8]代替以硫酸为介质的过氧化氢和过硫酸铵混合物氧化体系, 分别对3,4-二氨基呋咱(DAF)、3,3’-二氨基-4,4’-氧化偶氮呋咱(DAAF)和3,3’-二氨基-4,4’-偶氮呋咱(DAAzF)进行氧化, 以高于65%的产率获得了3-氨基-4-硝基呋咱(ANF)和3-氨基-3’-硝 基-4,4’-氧化偶氮呋咱(ANAF), 并以15%的收率合成得到新化合物3-氨基-3’-硝基-4,4’-偶氮呋咱(ANAzF). 研究表明甲烷磺酸/过氧化氢/碱或碱土金属和胺为基的氧化物混合物是制备同时含有氨基和硝基基团的系列呋咱化合物非常有效的氧化体系.     

3,4-二氨基呋咱基氧化呋咱的制备及晶体结构研究

首次通过3-氨基-4-氯肟基呋咱在热作用下脱HCl、[4 2]关环反应制备了新型呋咱(氧化呋咱)类含能化合物3,4-二氨基呋咱基氧化呋咱(DAFF),并培养出了DAFF单晶.用X射线单晶衍射、元素分析和红外光谱对其分子结构进行了表征.测试结果表明:DAFF晶体属三斜晶系,空间群P1,a=0.6400(4)nm,b=1.0609(8)nm,c=1.4634(7)nm,α=83.53(5)°,β=87.27(4)°,γ=77.74(5)°,V=0.9645(11)nm3,Z=4,Dc=1.737g?cm-3,F(000)=512,μ(MoKα)=0.149mm-1;R1=0.0568,wR2=0.1137.DAFF分子不共面,三环面扭曲,面间夹角为27.18(1.99)°和30.48(2.07)°,晶体中存在分子内和分子间氢键.     

3,4-双（4＇-硝基呋咱-3＇-基）氧化呋咱合成、表征与性能研究

采用丙二腈为原料,经亚硝化、重排、肟化、脱水环化、分子间缩合环化以及氧化等反应合成含能化合物3,4-双（4＇-硝基呋咱-3＇-基）氧化呋咱（DNTF）,总收率为43%,并采用红外光谱、核磁共振光谱、INADEQUATE谱、质谱和元素分析等进行了结构表征.开展了DNTF物化与爆轰性能研究,其密度1.937 g/cm3,熔点109～110℃,爆速8930 m/s（ρ=1.870 g/cm3）,摩擦感度44%～60%（90°摆角）,撞击感度80%～96%（10 kg,25 cm）,特性落高H50为38.9 cm（5 kg）,爆发点315～340℃,爆热5789 J/g（ρ=1.83 g/cm3）,威力168.4%TNT当量,真空安定性（5 g样品,100℃,40 h）放气量1.09 mL.采用DSC法和TG-DTG法测定了DNTF的热稳定性,利用真空安定法研究了DNTF同1,3,5-三硝基-1,3,5-三氮杂环己烷（RDX）,1,3,5,7-四硝基-1,3,5,7-四氮杂环辛烷（HMX）,2,4,6-三硝基甲苯（TNT）及推进剂含能组分的相容性,结果表明：DNTF具有较好的热稳定性,其分解温度为253.56℃;良好的相容性,可与常用含能材料（RDX,HMX,TNT）相容.DNTF能量较高、熔点较低、机械感度适中,安定性好,可作为新一代熔铸混合炸药的液相载体.     

3,4-二氨基呋咱基氧化呋咱异构体的合成与表征

将含能化合物3-氨基-4-氯肟基呋咱(ACOF)在低温下用稀碱处理后发生过渡中间体3-氨基-4-氰基呋咱氧化物(ACFO)的二聚关环反应合成了新型呋咱类含能化合物3,4-二氨基呋咱基氧化呋咱异构体(DAFF iso-m er),产率达66.3%。培养了DAFF isom er的单晶。用四圆单晶X-射线衍射仪,1H NMR,13C NMR,IR,MS及元素分析对其结构进行了表征。结果表明:DAFF isom er晶体属三斜晶系,空间群P-1,分子呈平面构型,层状晶体内存在分子内和分子间氢键,晶胞堆积层间不存在氢键。     

3,4-双(4'-叠氮基呋咱-3'-基)氧化呋咱合成、表征与晶体结构研究

自行设计了3,4-双(4'-叠氮基呋咱-3'-基)氧化呋咱(DAZTF)的分子结构与合成方法,采用3-氨基呋咱-4-酰氯肟为原料,经重氮化、叠氮化、分子间缩合环化等反应合成目标化合物DAZTF,总收率为81%,并采用红外光谱、核磁共振光谱、质谱以及元素分析等进行了结构表征;首次培养了DAZTF单晶,X射线单晶衍射结果表明:DAZTF晶体属于单斜晶系,P2(1)/n空间群,a=1.1620(6)nm,b=0.6977(4)nm,c=1.4446(8)nm,α=90o,β=98.331(9)o,γ=90o,V=1.1589(11)nm3,Z=4,Dc=1.743g/cm3,μ=0.150mm-1,F(000)=608;同时,开展了DAZTF部分性能研究,其熔点50～52℃,分解温度204.20℃,摩擦感度86%～100%(90°摆角),撞击感度86%～100%(10kg,25cm).     

一些新型呋咱衍生物的合成

以歧化松香为原料, 将其纯化得到脱氢松香酸, 然后经甲酯化、溴代、硝化、成环等步骤, 合成了三个新型脱氢松香酸甲酯呋咱的衍生物12,13-氧化呋咱脱异丙基脱氢松香酸甲酯、12,13-呋咱脱异丙基脱氢松香酸甲酯、12-溴-13,14-氧化呋咱脱异丙基脱氢松香酸甲酯. 产物经红外光谱、核磁共振谱和元素分析方法进行了表征.     

新型双呋咱并[3,4-b∶3’,4’-f]氧化呋咱并[3″,4″-d]氧杂环庚三烯的合成与量子化学研究

以3,4-双(4’-硝基呋咱-3’-基)氧化呋咱为原料,设计并合成了新型双呋咱并[3,4-b∶3’,4’-f]氧化呋咱并[3″,4″-d]氧杂环庚三烯(1),收率50.1%,其结构经13C NMR,15N NMR,IR,MS和元素分析表征。最佳的反应条件为:以无水碳酸钠为催化剂,乙腈(含水量0.04%)为溶剂,于80℃反应3.5 h。用B3LYP方法在6-31G**基组水平上对1的结构进行了计算,得到了稳定的几何构型和键级。在振动分析的基础上求得体系在不同温度下的热力学性质,得到了温度对热力学性能影响的关系式。1的性能研究表明,1的m.p.92℃～94℃,爆速8 256m.s-1(1.85 g.cm-3),摩擦感度0%(90°摆角),撞击感度12%(10 kg,25 cm),特性落高H50=57.5 cm(5 kg)。     

3,4-二氨基呋咱基氧化呋咱的合成及其晶体结构

通过3-氨基-4-氯肟基呋咱在稀碱作用下发生脱HC l,1,3-偶极反应制备了新型呋咱(氧化呋咱)类含能化合物3,4-二氨基呋咱基氧化呋咱(DAFF),产率70%。其结构经NMR,IR,四圆单晶X-射线衍射仪和元素分析表征。DAFF晶体属单斜晶系,空间群P21/c,a=0.8255(3)nm,b=0.9731(3)nm,c=1.1958(4)nm,β=91.93(3)°,Z=4,Dc=1.745 g.cm-3。DAFF分子不共面,三个环面扭曲。晶体中存在分子内和分子间氢键。     

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0.9954.     

3，4—二氨基呋咱的乙酰化反应

研究了3，4—二氨基呋咱(DAF)的乙酰化反应，以DAF和溴乙酰溴缩合时成功地 得到了取代乙酰化呋咱衍生物，而和氯乙酰氯缩合时则发生呋咱环重排反应，两种 反应产物经叠氮化可得到不同的高氮含量含能化合物．文中分析了两种缩合反应中 呋咱环表现不同的原因．     

2,2,2-三硝基乙基-N-硝基甲胺的热安全性

为评价2,2,2-三硝基乙基-N-硝基甲胺(TNMA)的热安全性, 得到计算TNMA热安全性参数用的基本数据, 用经验式估算了TNMA的比热容(C_p)和热导率(λ). 用键能贡献于生成热Q_f的加和法, 估算了TNMA的标准生成焓Δ_cH_m^θ(TNMA, s, 298.15 K). 用热力学公式计算了TNMA的标准燃烧焓ΔU_m^θ(TNMA, s, 298.15 K)和标准燃烧能Δ_cH_m^θ(TNMA, s, 298.15 K). 用Kamlet-Jacobs 公式估算了爆速、爆压和爆热. 用经验式估算了分解热(Q_d). 通过差示扫描量热(DSC)曲线和高灵敏度布鲁顿玻璃薄膜压力计测得的逸出气体标准体积(V_H)-时间(t)曲线, 得到了TNMA放热分解反应的动力学参数. 用上述基本数据得到了评价TNMA的热安全性参数: 自加速分解温度(T_SADT), 热爆炸临界温度(T_be0和T_bp0), 绝热至爆时间(t_TIad), 撞击感度50%落高(H₅₀), 热点起爆临界温度(T_cr), 被300 K环境包围的半厚和半径为1 m的无限大平板、无限长圆柱和球形TNMA的热感度概率密度函数S(T), 相应于S(T)-T关系曲线最大值的峰温(T_S(T)max), 安全度(SD), 临界热爆炸环境温度(T_acr)和热爆炸概率(P_TE). 结果表明: (1) TNMA有较好的热安全性和对热抵抗能力, 与环三亚甲基三硝胺(RDX)相比, TNMA易从热分解过渡到热爆炸; (2) 不同形状大药量TNMA 热安全性降低的次序为: 球>无限长圆柱>无限大平板; (3)TNMA有高的燃烧能、高的爆轰化学能(爆热)和接近环四亚甲基四硝胺(HMX)的爆炸性能, 其对冲击敏感, 冲击感度与季戊四醇四硝酸酯(PETN)和特屈尔接近, 可用作混合炸药主组分.     

The thermodynamic properties of magnesium uranoborate

The standard enthalpy of formation of crystalline Mg(BUO₅)₂ at 298.15 K (?4347.5 ± 8.0 kJ/mol) was determined by reaction calorimetry. The heat capacity of magnesium uranoborate was studied by adiabatic vacuum calorimetry over the temperature range 8–330 K. The thermodynamic functions of the compound were calculated. The standard entropy and Gibbs energy of formation at 298.15 K were found to be ?903.0 ± 2.1 J/(mol K) and ?4078.5 ± 9.0 kJ/mol, respectively.     

Thermodynamic properties of ferrocene dicarboxylic acid

The temperature dependence of the heat capacity of crystal ferrocene dicarboxylic acid is studied in a precision adiabatic vacuum calorimeter in the range of 8 to 350 K. Its standard thermodynamic functions are calculated in the range of T → 0 to 350 K. The thermal and physical heat properties of ferrocene dicarboxylic acid are studied on a differential scanning calorimeter in the range of 260 to 573 K. The enthalpy of combustion for the investigated compound is measured in an isoperibol calorimeter. The standard thermodynamic functions of the formation of ferrocene dicarboxylic acid in the crystal state at 298.15 K are calculated.     

The thermodynamic properties of calcium uranoborate

The standard enthalpy of formation of crystalline Ca(BUO₅)₂ at 298.15 K was determined by reaction calorimetry (?4491.0 ± 3.5 kJ/mol). The heat capacity of the substance was measured over the temperature range 7–304 K by adiabatic vacuum calorimetry, and its thermodynamic functions were calculated. The standard entropy and the Gibbs function of formation at 298.15 K were found to be ?887.1 ± 2.1 J/(mol K) and-4226.5 ± 4.0 kJ/mol, respectively. The standard thermodynamic functions of calcium uranoborate synthesis reactions were calculated and analyzed.     

K(FOX-7)·H_2O的合成、晶体结构和热行为

利用1,1-二氨基-2,2-二硝基乙烯(FOX-7)和KOH在甲醇水体系中合成了一种新型有机钾盐,并培养出K(FOX-7)·H2O单晶.该晶体属三斜晶系,P1空间群,晶胞参数:a=0.7493(2)nm,b=0.9767(3)nm,c=2.0035(5)nm,α=90.017(4)°,β=97.129(4)°,γ=90.019(4)°,V=1.4548(7)nm3,Dc=1.865g/cm3,μ=0.724mm-1,F(000)=832,Z=8,R1=0.0523,wR2=0.1082.K(FOX-7)·H2O的热分解行为可分为一个脱水和两个放热分解过程,且第一放热分解反应的表观活化能和指前因子分别为135.9kJ/mol和1012.17s-1.热爆炸的临界温度为212.02℃.同时,利用微量热法测定了K(FOX-7)·H2O的比热容,298.15K时的摩尔热容为210.88J·mol-1·K-1.用测得的比热容方程计算了298.15K为基础的FOX-7的热力学函数,并得到了绝热至爆时间为15.7～16.8s之间的某一值.     

3,6-二肼基-1,2,4,5-四嗪的热行为、比热容及绝热至爆时间

利用差示扫描量热法(DSC)、热重-微商热重法(TG-DTG)研究了3,6-二肼基-1,2,4,5-四嗪(DHT)的热行为, 其分解过程可分为两个放热的分解过程, 且热分解反应的表观活化能分别为154.8和123.4 kJ·mol-1, 指前因子分别为1016.63和109.48 s-1. DHT热爆炸的临近温度为426.10 K. 同时, 利用微量热法和理论计算方法研究了DHT的比热容, 298.15 K时的标准摩尔比热容为183.61 J·mol-1·K-1. 计算获得了DHT的绝热至爆时间为263.84-297.58 s之间的某一值.     

1,1-二氨基-2,2-二硝基乙烯的比热容、热力学性质及绝热至爆时间研究

应用Micro-DSCⅢ微热量仪的两种连续比热容测定模式对1,1-二氨基-2,2-二硝基乙烯(FOX-7)比热容进行了测定. 得到298.15 K时FOX-7的标准摩尔比热容分别为176.56和176.02 J•mol^－1•K^－1, 相对偏差为0.31%. 运用Gaussian 03W程序的DFT-RB3LYP/6-311＋＋G**方法对FOX-7在283～353 K温度范围内进行了比热容理论计算, 结果为147.11～170.54 J•mol^－1•K^－1, 与Micro-DSCⅢ微热量仪测定值偏差在13.27%～15.46%之间. 用测得的比热容方程计算了298.15 K为基础的FOX-7的热力学函数并得到了绝热至爆时间.     

Thermal Behavior,Specific Heat Capacity and Adiabatic Time-to-explosion of GDN

A new compound,[(NH2)2C=NH2]+N(NO2)2-(GDN),was prepared by mixing ammonium dinitramide(ADN) and guanidine hydrochloride in water.The thermal behavior of GDN was studied under the non-isothermal conditions with DSC and TG/DTG methods.The apparent activation energy(E) and pre-exponential constant(A) of the exothermic decomposition stage of GDN were 118.75 kJ/mol and 1010.86 s-1,respectively.The critical temperature of the thermal explosion(Tb) of GDN was 164.09 ℃.The specific heat capacity of GDN was determin...     

三唑含能离子盐的热化学性质和热动力学行为

用微量热技术测量1,2,4-三唑硝酸盐(1a)、1,2,3-三唑硝酸盐(1b)、3,4,5-三氨基-1,2,4-三唑硝酸盐(2a)、3,4,5-三氨基-1,2,4-三唑二硝酰胺盐(2b)4种三唑类含能离子盐的溶解过程热效应、比热容(283KT353K)及非等温条件下的热分解过程.用处理实验数据和理论计算方法获得了1a、1b、2a、2b溶解过程的热化学方程式、微分溶解焓、摩尔溶解焓、动力学方程式、活化能、指前因子、283～353K温区内比热容随温度变化的线性关系式、标准摩尔热容CpΘ,m和285～353K温区以298.15K为基准的焓、熵和Gibbs自由能函数值.计算了热分解反应的动力学参数、热力学参数以及评估了1a、1b、2a、2b对热的抵抗能力.得到了化合物性质与分子结构之间内在关系的信息.     

多溴吩噻嗪系列化合物的稳定性和热力学性质的密度泛函理论研究

用Gaussian 03程序, 在B3LYP/6-31G*水平上全优化计算了吩噻嗪和135个多溴吩噻嗪系列化合物(PBPTHs)在298.15 K和101.3 kPa状态时的热力学参数. 设计等键反应, 计算了PBPTHs系列化合物的标准生成热( )和标准生成自由能( ). 同时研究了这些参数与溴原子的取代位置及取代数目(NPBS)之间的关系. 结果表明: 多溴吩噻嗪的热能校正值(Eth)、恒容热容( )、标准熵( )、标准焓( )以及标准自由能( )与NPBS之间有很强的相关性(r2≥0.998). 在相关方程中, 溴原子的取代个数对多溴代吩噻嗪热力学数值的大小有很大影响. 根据 的相对大小, 从理论上求得异构体的相对稳定性顺序.