2-(二硝基亚甲基)-4,5-咪唑烷二酮与甲醇的反应研究

以2-甲基咪唑为原料合成2-(二硝基亚甲基)-4,5-咪唑烷二酮(1), 收率为33.9% (16.8%文献值), 首次采用低碳液态醇实现1的开环反应, 产物为FOX-7. 对反应条件进行了优化, 对比了甲醇、甲酸、氨水三种亲核试剂的开环效果, 开环试剂为甲醇时, FOX-7收率为94.6%, 高于文献值(87.4%). 研究了1的络合性能, 合成了1的甲醇加合物2并进行了结构表征. 对开环反应机理和乙二酰脲的形成机理进行了探讨.     

N6H6结构和性质的理论研究

采用密度泛函理论的b3lyp方法在6-311＋＋G**基组上对15种分子式为N₆H₆的氮氢化合物进行了理论计算, 并且应用了自然键轨道理论(Nature Bond Orbital, NBO)和分子中的原子理论(Atoms In Molecules, AIM)分析了这些化合物的成键特征和相对稳定性. NBO分析表明N原子孤对电子到相邻的氮氮键的超共轭作用是影响氮氮键长变化的主要因素, AIM计算的氮氮键的键临界点电荷密度与键长呈反比关系. 而且, NBO的立体和超共轭分析表明立体交换排斥能和超共轭作用对这些分子的相对稳定性起了重要作用. G3MP2计算结果表明氮氢化合物的生成热均为正, 并且环状分子的能量和生成热都高于链状分子.     

含能配合物[Zn(DAT)_6](ClO_4)_2 (DAT=1,5-二氨基四唑)的合成、晶体结构及性质

采用直接法合成了新型高氮含能配合物[Zn(DAT)6](ClO4)2(DAT=1,5-二氨基四唑),并用元素分析、傅立叶变换红外光谱对其结构进行了表征.利用缓慢蒸发溶剂法培养出其单晶,采用X射线单晶衍射仪测定其晶体结构,结果表明该晶体属于三方晶系,P3空间群,a=b=1.18398(9)nm,c=0.65700(10)nm,γ=120°,V=0.79760(15)nm3,Z=1.在目标配合物的最小不对称单元中有1个Zn2+,6个DAT分子和2个ClO-4.来自6个DAT分子的6个N原子分别与中心Zn2+配位,形成一个六配位、非中心对称的畸变八面体结构.用差示扫描量热分析、热重-微分热重分析结合红外光谱研究了标题化合物的热分解机理以及分解反应动力学参数.测定了标题配合物的感度性能,结果表明标题配合物具有一定的摩擦感度.     

结晶特性与制造工艺对炸药件力学性能的影响

通过对塑料粘结炸药(PBX)在压制、热老化及贮存中炸药HMX、TATB和粘结剂F的性能变化规律的研究,揭示了加工和贮存条件对炸药件的力学性能的影响。得出如下结论:1)随着老化温度的提高,粘结剂F结晶度增加。TATB基PBX炸药经老化后力学性能没有明显变化,说明粘结剂结晶度和炸药颗粒度的变化对炸药总体性能影响不大。2)钢模压制的TATB基PBX药柱在经历多次温度循环后,TATB与粘结剂F界面的作用有所减弱,药柱内部产生由脱粘引起的缺陷,其力学强度下降。TATB基PBX药柱的力学强度与模量均随着环境温度的升高而呈下降趋势,而等静压成型能明显改善TATB基PBX的力学性能。     

可作起爆药的四唑金属含能配合物的合成及性能研究概况

含能金属配合物在国防领域具有重要意义和良好的应用前景,国内外对四唑类高氮金属含能配合物在用作起爆药方面的研究仍处于初步研究阶段。为了提高起爆药的使用性能和安全性,有必要了解先进高氮金属含能配合物的研究进展,以四唑衍生物为配体的配合物(尤其是5R-四唑阴离子为配体的含能配合物),有望在起爆药方面得到很好的发展,了解它们的合成和性能研究情况,挖掘其在含能材料特别是起爆药领域的应用潜力,有利于进一步探讨其结构与性能。     

FOX-7的合成和反应机理研究

以2-甲基咪唑为原料合成出1,1-二氨基-2,2-二硝基乙烯(FOX-7)并进行了结构表征,从中间体过滤母液中分离出副产物2-甲基-4(5)-硝基咪唑和仲班酸.直接合成的2-甲基-4(5)-硝基咪唑和仲班酸,最佳收率分别为67.3%和63.3%.首次提出了一个较为完整而详细的合成FOX-7的反应机理,硝基重排成亚硝酸酯是反应的关键步骤.FOX-7主要是通过2-甲基咪唑→2-甲基-4(5)-二氢-5-咪唑啉酮→2-(二硝基亚甲基)-5,5-二硝基-4-咪唑烷二酮→2-(二硝基亚甲基)-4,5-咪唑烷二酮→FOX-7步骤形成.论述了各中间体形成的详细过程并进行了证明,应用该机理解释了硝化过程中主产物和副产物的变化规律.     

β-1,3,5,7-四硝基-1,3,5,7-四氮杂环辛烷热膨胀各向异性的量子化学计算与分子动力学模拟

在303～383 K和NPT系综和COMPASS力场下对β-1,3,5,7-四硝基-1,3,5,7-四氮杂环辛烷(HMX)超晶胞初始结构的分子动力学模拟,得到常压下各温度的晶体平衡构型并发现分子的堆积方式不变;通过线性拟合求算出线膨胀系数与实验值相近,体现出明显的各向异性. 采用密度泛函理论方法对沿各晶轴方向膨胀率变化(100%～105%)的HMX单胞模型进行了总能计算,得到的能量变化率体现各向异性并与热膨胀系数值关联,建立了关联方程. 由此阐 释了HMX晶体热膨胀各向异性的本质即特定的分子堆积模式.     

含能材料的理论研究与数值模拟进展

1含能材料分子设计理论体系已初步形成从微观结构（电子、分子和晶体结构）出发,综合地运用以量子化学（QC）为核心的当代理论和计算化学方法,包括分子力学、化学动力学等多学科的理论方法,建立了一套系统、有效地评估含能材料多种重要性能的方法。实现了原子化方案及PDDG／MNDO法等3种新的QC半经验方法的计算程序,计算气相摩尔生成热有较高精度。得到计算固态标准生成焓的4种方法,其标准误差均达到了国际先进水平的要求,研究结果见表1。     

FOX-7副产物的分离和表征

控制温度在15-20℃内，2-甲基咪唑硝化生成中间体2-(二硝基亚甲基)-4，5-咪唑烷二酮，该化合物胺化生成亮黄色固体物质沉淀FOX-7，产率为87％。在生成FOX-7的同时，也有一些副产物产生，主要包括仲班酸、草酸铵和2一甲基-4(5)-硝基咪唑，同时，甲基有被硝化的可能，所以认为硝仿是2-甲基咪唑硝化反应中最有可能的副产物，但是实验中未能分离得到。通过IR，NMR，MS，EA等方法对这几种副产物进行结构表征。     

1,3,3-三硝基氮杂环丁烷的合成

1,3,3-三硝基氮杂环丁烷（TNAZ）作为高能量密度材料，其合成和应用研究受 到了广泛重视。本文用硝基甲烷、多聚甲醛、叔丁胺等作为起始原料，经过五步反 应合成出了TNAZ，总收率为34%，用红外光谱、核磁共振氢谱及碳谱和质谱等对其 及中间体结构进行了表征。大部分反应使用水作为反应介质，降低了合成成本，污 染明显减少。讨论了反应条件和影响反应产物收率的主要因素，获得了制备TNAZ合 适条件。