新型O-取代苯磺酰羟胺化合物的合成及其热性能

以O-取代苯磺酰氯和乙酰羟肟酸乙酯为原料，经消除、水解反应合成了6个新型的O-取代苯磺酰羟胺化合物：O-2-硝基苯磺酰羟胺、O-3-硝基苯磺酰羟胺、O-2,4-二硝基苯磺酰羟胺、O-2,4-二甲基苯磺酰羟胺、O-2,4,6-三甲基苯磺酰羟胺和O-2,4,6-三异丙基苯磺酰羟胺，其结构经¹H NMR, ¹³C NMR, IR和元素分析表征。并初步探讨了可能的反应机理。利用差示扫描量热分析(DSC)研究了化合物的热性能。结果表明：苯环上取代基供电子能力越强，化合物的热稳定性越好。     

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-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).     

一锅法合成二硝基五亚甲基四胺反应机理的研究

二硝基五亚甲基四胺(DPT)是高性能单质炸药奥克托金(HMX)的重要硝化前体.以尿素为起始原料,中间产物不分离,经硝化、水解、Mannich缩合等反应得到DPT,总收率63.2%.通过分离、捕获中间体以及同位素示踪实验研究了一锅法合成DPT的反应机理.分离出了稳定的中间体二硝基脲、硝酰胺和二羟甲基硝酰胺,用苯磺酰氯捕获到了活性中间体1-硝基-六氢均三嗪.以氘代甲醛、二羟甲基硝酰胺和氨缩合得到氘标记的DPT,1HNMR和MS分析结果表明:在反应过程中二羟甲基硝酰胺解离释放出甲醛和硝酰胺,小分子碎片随机组合生成了三嗪化合物,进而生成DPT.     

3-氨基-4-氧代氰基呋咱捕获与表征

3,4-双(4-氨基呋咱-3-基)氧化呋咱由活性中间体3-氨基-4-氧代氰基呋咱分子间发生二聚获得,但3-氨基-4-氧代氰基呋咱不稳定,无法通过分离、纯化及光谱鉴定证实其存在.采用4种不同的烯烃与3-氨基-4-氧代氰基呋咱发生1,3-偶极环加成反应得到3-(4-氨基呋咱-3-基)-5-氰基-Δ2-异噁唑啉、3-(4-氨基呋咱-3-基)-5-乙酰氧基-Δ2-异噁唑啉、3-(4-氨基呋咱-3-基)-5-正丁基-Δ2-异噁唑啉及3-(4-氨基呋咱-3-基)-环己烷并-Δ2-异噁唑啉4种Δ2-异噁唑啉衍生物;采用苯甲酰氯为捕获剂,与3-氨基-4-氧代氰基呋咱反应获得了3-氨基-4-(N-苯甲酸基氨基羰基)呋咱化合物;通过红外光谱、核磁共振光谱、质谱、元素分析表征了5种新化合物的结构,提供了活性中间体3-氨基-4-氧代氰基呋咱存在的间接证据.     

3,3’-偶氮双(6-氨基-1,2,4,5-四嗪)新法合成、表征与量子化学研究

自行设计了3,3’-偶氮双(6-氨基-1,2,4,5-四嗪)(DAAT)新合成路线、采用3,5-双(3,5-二甲基吡唑-1-基)-1,2,4,5-四嗪(BDT)为原料, 由文献报道的4步反应缩减为2步, 经高压氨解、高锰酸钾氧化合成了DAAT, 总收率大幅提高, 达到58.1%, 并采用元素分析、红外光谱、核磁共振光谱等进行了结构表征. 为了从分子水平探索DAAT的性能, 采用B3LYP法, 在6-31G(d,p)基组水平上对DAAT的结构进行了优化, 计算了其性能, 获得稳定的几何构型、分子轨道及键级; 在振动分析的基础上求得体系的振动频率、IR谱及不同温度下的热力学性质, 并得温度对热力学性能影响的关系式. 结果表明: DAAT分子结构中偶氮基两侧的四嗪环和氨基基本在同一个平面上, 形成一个大的共轭π键; 红外谱计算频率和强度与实验结果整体吻合较好; 热能( )、热容( )和熵( )均随温度的升高而增大.     

3,3’-二氰基二呋咱基醚(FOF-2)的合成、表征及量子化学研究

以3-氨基-4-酰胺肟基呋咱(AAOF)为原料, 经两次氧化、分子间醚化得到3,3’-二氰基二呋咱基醚(FOF-2), 收率90.9%, 并通过IR, 1H NMR, 13C NMR, MS, 元素分析, DSC等分析手段对其结构进行了表征. 初步探讨了硝基分子间醚化合成FOF-2的反应机理; 确定了Caro’s acid氧化、分子间醚化的最佳条件. 用B3LYP方法, 在6-31G(d,p)基组水平上对其结构进行了计算, 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的振动频率、IR谱及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活化能.     

BTATz-Pb复合物对双基和RDX-改性双基推进剂的热行为、非等温动力学及燃烧性能的影响

制备了含3,6-双(1-氢-1,2,3,4-四唑-5-氨基)-1,2,4,5-四嗪(BTATz)铅复合物(LCBTATZ)的双基推进剂和改性双基推进剂. 采用热重-微商热重法(TG-DTG)及差示扫描量热法(DSC)研究了其热分解行为和非等温分解动力学并在此基础上评价了其热安全性. 结果表明, LCBTATz-DB复合物中在350-540 K之间只存在一个放热分解峰, LCBTATz-CMDB复合物中存在两个连续的放热分解峰在390-540 K温度范围内, 其机理方程分别为: f(α)=α^-1/2和f(α)=2(1-α)^3/2. 计算了热加速分解温度(T_SADT)、热爆炸临界温度(T_b)、热点火温度(T_TIT)和绝热至爆时间(t_Tlad),其值分别为: DB001复合物T_SADT=444.50 K, T_TITT=453.96 K, T_b=471.84 K; t_Tlad=39.36 s; CMDB100复合物, T_SADT=442.38 K, T_TITT=452.89 K,T_b=464.13 K,t_Tlad=21.3 s,并以此来评价化合物的热安全性. 考察了LCBTATz-DB以及LCBTATz-CMDB的燃烧性能, 结果表明LCBTATZ 是一种高效的双基燃烧催化剂, 在较大的压力范围内可以显著的提高燃速并且大幅度的降低压力指数. 对于双基推进剂在2-8 MPa压力范围内出现了明显的超燃速现象, 8-12 MPa出现了“麦撒”效应, 对于改性双基推进剂的压力指数降到0.18.     

3,6-双(1H-1,2,3,4-四唑-5-氨基)-1,2,4,5-四嗪的合成、表征及量子化学研究

以三氨基胍硝酸盐、戊二酮为起始原料, 经缩合、氧化、取代等反应合成了3,6-双(1H-1,2,3,4-四唑-5-氨基)-1,2,4,5-四嗪(BTATz), 并通过元素分析、红外、核磁、差示扫描量热法(DSC)等分析手段对其进行了表征. 采用亚硝酸钠/乙酸代替了二氧化氮/N-甲基吡咯烷酮, 改进了氧化步骤, 降低了成本, 简化了合成工艺. 用B3LYP方法, 在6-31G(d,p)基组水平上对其性能进行了计算, 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的振动频率、IR谱及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, 推断出四唑环开环时的过渡态和活化能.     

1，1－二氨基2，2－二硝基乙烯（DADE）的热化学性质、热行为和热分解机理

The constant-volume combustion energy, △cU （DADE, s, 298.15 K）, the thermal behavior, and kinetics and mechanism of the exothermic decomposition reaction of 1,1-diamino-2,2-dinitroethylene （DADE） have been investigated by a precise rotating bomb calorimeter, TG-DTG, DSC, rapid-scan fourier transform infrared （RSFT-IR） spectroscopy and T-jump/FTIR, respectively. The value of △cHm （DADE, s, 298.15 K） was determined as （-8518.09±4.59） j·g^-1. Its standard enthalpy of combustion, △cU （DADE, s, 298.15 K）, and standard enthalpy of formation, △fHm （DADE, s, 298.15 K） were calculated to be （-1254.00±0.68） and （- 103.98±0.73） kJ·mol^-1, respectively The kinetic parameters （the apparent activation energy Ea and pre-exponential factor A） of the first exothermic decomposition reaction in a temperature-programmed mode obtained by Kissinger＇s method and Ozawa＇s method, were Ek=344.35 kJ·mol^-1, AR= 1034.50 S^-1 and Eo=335.32 kJ·mol^-1, respectively. The critical temperatures of thermal explosion of DADE were 206.98 and 207.08 ℃ by different methods. Information was obtained on its thermolysis detected by RSFT-IR and T-jump/FTIR.