1,1-二氨基-2,2-二硝基乙烯的合成研究进展

1,1-二氨基-2,2-二硝基乙烯（FOX-7）是一种低感度高能量的新型含能材料.现有的1,1-二氨基-2,2-二硝基乙烯的合成包括以2-甲基咪唑、盐酸乙脒与乙二酸二乙酯、2-甲基-4,6-二羟基嘧啶为前体的三条合成路线.使用硫酸/硝酸体系硝化2-甲基-4,6-二羟基嘧啶可得到2-二硝基亚甲基-5,5-二硝基嘧啶-4,6-二酮,然后水解可得到FOX-7,正相硅胶薄层色谱可对该反应进行监测.使用曲拉通X-100/正己烷体系的反相微乳法可制备FOX-7球形纳米晶;FOX-7球形纳米晶具有良好的应用前景,对其合成工艺与路线进行探索和研究具有一定的意义.     

1-氨基-1-肼基-2,2-二硝基乙烯(AHDNE)的合成、 晶体结构和理论计算

利用1,1-二氨基-2,2-二硝基乙烯(FOX-7)和水合肼在水体系中合成了1-氨基-1-肼基-2,2-二硝基乙烯(AHDNE), 并在甲醇溶液中培养出可用于X射线衍射的单晶. 晶体属正交晶系, 空间群为Pnma, 晶胞参数为: a＝0.6283(4) nm, b＝0.7713(5) nm, c＝1.2280(8) nm, a＝b＝g＝90°, V＝0.5950(7) nm3, Dc＝1.821 g/cm3, μ＝0.171 mm－1, F(000)＝336, Z＝4, R1＝0.0489, wR2＝0.1456. 选取标题化合物的一个结构单元作为初始模型, 运用Gaussian 03程序, 在6-311＋G(d)的基组水平上, 用HF, MP2以及B3LYP三种计算方法对标题化合物进行了几何全优化, 并对其成键情况及自然键轨道(NBO)进行了分析.     

1,1-二氨基-2,2-二硝基乙烯的合成和表征

三氨基三硝基苯(1,3,5-triamino-2,4,6-trinitrobenzene,TATB)非常钝感,已得到广泛应用,但其爆轰能量太低,只相当于奥克托今(1,3．5．7-tetranitro-1,3,5,7-tetrazacyclooctane,HMX)的65％,影响武器的小型化,因此,有必要研究开发新的能量更高的低(钝)感炸药。1,1-二氨基．2,2-二硝基     

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.     

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.     

2-取代-5,5-二硝基嘧啶-4,6-二酮的合成和反应

研究了2-取代嘧啶-4,6-二酮的硝化反应, 产物为2-取代-5,5-二硝基嘧啶-4,6-二酮(3), 收率＞80%, 3与亲核试剂反应形成开环产物. 2-位取代基为烷基时, 嘧啶环5-位和侧链的α-位都发生反应, 当取代基为甲基时, 硝化产物为2-(二硝基亚甲基)-5,5-二硝基嘧啶-4,6-二酮(1), 1的水解产物为1,1-二氨基-2,2-硝基乙烯 (FOX-7) 和二硝基甲烷(2). 2-位取代基为羟基时, 硝化产物为5,5-二硝基巴比妥酸(7b), 7b水解可制得偕二硝基乙酰基脲(9b), 9b与KOH作用生成偕二硝基乙酰基脲钾盐(10b)和二硝基甲烷钾盐(11). 2-位取代基为氨基时, 硝化开环生成偕二硝基乙酰基胍(9a), 9a与KOH作用生成偕二硝基乙酰基胍钾盐(10a)和11. 当2-位无取代基时, 硝化产物无法分离, 结构推测为7c. 考察了亲核试剂对FOX-7收率的影响并对FOX-7的三种合成方法进行了评价, 对反应机理进行了探讨.     

3,5-二氯-2,4,6-三硝基苯胺及其衍生物的合成

分别以3,5-二氯苯胺为原料,经N保护、硝化、水解以及以1,3,5-三氯-2,4,6-三硝基苯(TCTNB)为原料,经叔丁胺化,再在三氟乙酸中脱叔丁基2种方法合成了3,5-二氯-2,4,6-三硝基苯胺。 与甲胺反应,合成了3,5-二甲氨基-2,4,6-三硝基苯胺,收率85%,再用混酸硝化合成了3,5-二甲硝胺基-2,4,6-三硝基苯胺的硝酸盐,收率70%。 采用核磁共振、质谱、红外和元素分析等进行了结构表征。 探讨了不同参数下TCTNB的氨化结果。 优化的条件为：n(TCTNB)∶n(叔丁胺)=1∶2,CuO为催化剂,KHCO3为碱。     

1-氨基-1-肼基-2,2-二硝基乙烯（AHDNE）的非等温分解动力学，比热容和绝热至爆时间研究

利用DSC和TG/DTG法研究了1-氨基-1-肼基-2,2-二硝基乙烯（AHDNE）热分解行为及分解动力学,第一热分解过程的动力学方程为： ,其热爆炸临界温度为98.16 ºC。同时,利用微量热法测定了AHDNE的比热容,298.15K时的标准摩尔比热容为211.86 J•mol-1•K-1。计算得到了AHDNE的绝热至爆时间为59.21 s。AHDNE是不稳定的,其热稳定性远低于母体化合物FOX-7。     

1,1-二氨基-2,2-二硝基乙烯的合成与性能研究

以2-甲基嘧啶-4,6-二酮为原料, 通过硝化和水解过程合成出FOX-7 (1,1-二氨基-2,2-二硝基乙烯), 经IR, MS, NMR和元素分析鉴定了其结构, 并对影响得率的主要因素进行了简要分析. 重结晶提纯后培养合成产物的单晶, 用四圆衍射仪对其进行了结构解析, 得到了合成产物的晶体学数据. 测试了FOX-7的电火花感度和落锤感度, 并同RDX (1,3,5-三硝基-1,3,5-三氮杂环己烷)、HMX(环四甲撑四硝胺)以及TATB(三氨基三硝基苯)进行了对比, 结果表明FOX-7的感度要低于RDX, 但较TATB差. 同时对原始样品和重结晶FOX-7的外观形貌和热性质进行了测试, 并对变化情况进行了说明, 发现FOX-7的外观形貌和热性质可以进一步改善和优化.     

Cs(DNDZ)的合成、晶体结构和热行为研究

合成了一种新型高能有机铯盐2-(二硝基亚甲基)-1,3-二氮杂环戊烷铯盐[Cs(DNDZ)],并培养出单晶。该晶体属单斜晶系,空间群P21/c,晶胞参数为:a=0.933 6(2)nm,b=0.677 42(14)nm,c=1.387 4(3)nm,β=101.173(2)°,V=0.860 8(3)nm3,Z=4,μ=4.292mm-1,F(000)=576,Dc=2.361 g.cm-3,R1=0.029 1,wR2=0.077 8。用非等温DSC,TG/DTG法研究了Cs(DNDZ)的热行为,第一放热分解反应的放热焓、表观活化能和指前因子分别为-1045 J.g-1,144.2 kJ.mol-1和1013.75s-1。其热爆炸的临界温度为181.48℃。Cs(DNDZ)热稳定性低于DNDZ。     

Synthesis and characterization of a new cadmium complex based on 1,1-diamino-2,2-dinitroethylene

A new cadmium complex of 1,1-diamino-2,2-dinitroethylene (FOX-7) was synthesized and structurally determined. Central Cd²⁺ is coordinated by six nitrogens from four NH₃ molecules and two FOX-7^? anions to form an octahedral structure. The thermal decomposition of Cd(NH₃)₄(FOX-7)₂ was studied with differential scanning calorimeter and TG–DTG methods. The apparent activation energy and pre-exponential constant of the exothermic process are 220.6 kJ M^?1 and 10^17.86 s^?1, respectively. Cd(NH₃)₄(FOX-7)₂ is sensitive.     

新型高能有机钾盐K(DNDZ)的晶体结构和热行为研究

合成了一种新型高能有机钾盐2-(二硝基亚甲基)-1,3-二氮杂环戊烷钾盐[K(DNDZ)],并培养出单晶。该晶体属单斜晶系,空间群P2₁/n,晶胞参数为：a=0.506 31(19) nm,b=1.336 2(5) nm,c=1.164 9(4) nm,β=99.860(6)°,V=0.776 5(5) nm³,Z=4,μ=0.674 mm^-1,F(000)=432,D_c=1.815 g·cm^-3。用非等温DSC法研究了K(DNDZ)的热行为,第一放热分解反应的放热焓、表观活化能和指前因子分别为444.75 kJ·mol^-1,152.2 kJ·mol^-1和10^13.92 s^-1。其热爆炸的临界温度为208.63 ℃。     

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.     

Synthesis,Crystal Structure and Thermal Behavior of 4,5-Dimethoxy-2-(dinitromethylene)imidazolidine

A new energetic material, 4,5-dimethoxy-2-(dinitromethylene)imidazolidine(DMDNI), was synthesized by the reaction of 4,5-dihydroxyl-2-(dinitromethylene)-imidazolidine(DDNI) and methanol, and structurally characterized by single crystal X-ray diffraction. DMDNI crystallized in triclinic space group P, with crystal data a=0.4324(4) nm, b=1.3599(11) nm, c=1.7503(14) nm, α=77.406(14)°, β=84.494(15)°, γ=87.976(14)°, V=0.9997(14) nm³, Z=4, μ＝0.140 mm^-1, F(000)=488, D_c=1.556 g/cm³, R₁=0.0773 and wR₂=0.1574. Thermal decomposition of DMDNI was studied, and its thermal decomposition process was divided into two stages. The first stage was a mel- ting process and the second stage was an exothermic decomposition process. The enthalpy, apparent activation energy and pre-exponential constant of the exothermic decomposition reaction are -491.5 J/g, 142.3 kJ/mol and 10^14.24 s^-1, respectively. The critical temperature of thermal explosion is 162.47℃. DMDNI has a lower thermal stability than DDNI but it is close to that of 4,5-diacetoxyl-2-(dinitromethylene)-imidazolidine(DADNI).     

2,6-二氨基-3,5-二硝基吡嗪-1-氧化物的合成

研究了2,6-二氨基-3,5-二硝基吡嗪-1-氧化物(LLM-105)的合成新方法. 该方法是以2,6-二氯吡嗪和甲醇钠作为起始原料, 经烷氧基化、硝化、胺化、N-氧化四步反应得到LLM-105, 总收率为50%. 用¹H NMR, ¹³C NMR, IR, MS和元素分析对LLM-105及其中间体结构进行了表征.