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(3'',5''-二硝基苯-1''-基)氧化呋咱的合成

设计并合成了新化合物3,4-双(3',5'-二硝基苯-1'-基)氧化呋咱(4).以苯甲腈为起始原料,经加成、重氮化、分子间二聚得到3,4-二苯基氧化呋咱(3),3经HNO3/H2SO4硝化合成了4,其结构经1H NMR,IR和元素分析表征;初步考察了加成、重氮化、缩合环化、硝化等反应的主要影响因素,确定了适宜的反应条件.     

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。     

3,4-二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。     

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-氨基-4-氨基肟基呋咱的合成及其晶体结构

以丙二腈为原料,用一锅法合成了呋咱类含能化合物3-氨基-4-氨基肟基呋咱(AAOF),收率72.4%。用1H NMR,13C NMR,IR,MS,元素分析和四圆单晶X-射线衍射仪对其分子和晶体结构进行了表征。结果表明:AAOF晶体属单斜晶系,空间群P21/c。主要晶体结构参数为:a=0.7651(3)nm,b=1.1702(3)nm,c=1.9216(10)nm,β=96.47(4)°,V=1.7095(12)nm3,Z=12,Dc=1.668 g.cm-3,F(000)=888。AAOF分子共面性较好,晶体中存在分子内和分子间氢键。     

3-叠氮基-4-酰氯肟基呋咱的合成及其热稳定性

以3-氨基-4-酰氨肟基呋咱为原料,经重氮化和叠氮化反应合成了新化合物3-叠氮基-4-酰氯肟基呋咱(3),总收率67％.其结构经1H NMR,13C NMR,15N NMR,IR及元素分析表征.热失重法研究结果表明,3具有良好的热稳定性.     

3,3'-二硝基双呋咱醚(FOF-1)合成、晶体结构及理论研究

以二硝基呋咱(DNF)为原料,碱性条件下通过DNF分子间硝基醚化合成了3,3'-二硝基双呋咱醚(FOF-1),产率67%,采用红外光谱、核磁共振、质谱及元素分析进行了结构表征.初步探讨了硝基分子间醚化合成FOF-1反应机理,确定了分子间醚化的最佳条件.培养了FOF-1单晶,X射线单晶衍射分析结果表明:FOF-1晶体结构属正交晶系,空间群为P2(1)2(1)2(1),a=6.507(3)nm,b=7.342(4)nm,c=18.721(9)nm,α=90°,β=90°,γ=90°,Dc=1.813g·cm-3;用B3LYP方法在6-31G(d,p)基组水平上对FOF-1的结构进行了计算,得到了其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,并得到了温度对热力学性能影响的关系式.探讨了其热解机理,计算出醚键断裂时的的活化能为234.12kJ·mol-1.     

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.     

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)。