BE1017609A4 - EPSILON POLYMERIC FORM OF ISOWURTZITANE DERIVATIVE AND PROCESS FOR SYNTHESIS. - Google Patents
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Abstract
L'invention est relative à une nouvelle forme polymorphe, appelée epsilon, de l'hexanitrohexaazaisowurtzitane, ainsi qu'à la synthèse de cette forme. Selon un premier procédé, on mélange de l'hexanitrohexaazaisowurtzitane de forme polymorphe quelconque dans un prémélange comprenant 20% à 40% en poids d'un polyazoture de glycidyle et 60% à 80% en poids d'au moins un trinitrate d'un triol monomère comportant 3 à 12 atomes de carbone, on réalise ensuite au moins un cycle thermique de chauffage du mélange à une température comprise entre 40°c et 60°c puis à une température comprise entre 10°c et 30°c, puis on élimine les constituants du prémélange par lavage avec un solvant organique. Selon un second procédé, on réalise une solution saturée d'hexanitrohexaazaisowurtzitane de forme polymorphe quelconque dans un mélange acétone/toluène, on ensemence par quelques cristaux d'hexanitrohexaazaisowurtzitane de forme epsilon, puis on concentre la solution par évaporation de l'acétone. L'hexanitrohexaazaisowurtzitane, notamment la forme epsilon particulièrement dense, est utile comme charge explosive ou oxydante dans les compositions pyrotechniques.The invention relates to a new polymorphic form, called epsilon, of hexanitrohexaazaisowurtzitane, as well as to the synthesis of this form. According to a first method, hexanitrohexaazaisowurtzitane of any polymorphic form is mixed in a premix comprising 20% to 40% by weight of a glycidyl polyazide and 60% to 80% by weight of at least one trinitrate of a triol. monomer having 3 to 12 carbon atoms, then carries out at least one thermal heating cycle of the mixture at a temperature between 40 ° C and 60 ° C and at a temperature between 10 ° C and 30 ° C, then eliminated the constituents of the premix by washing with an organic solvent. According to a second process, a saturated hexanitrohexaazaisowurtzitane solution of any polymorphic form is prepared in an acetone / toluene mixture, seeded with a few hexanitrohexaazaisowurtzitane crystals of epsilon form, and then the solution is concentrated by evaporation of the acetone. Hexanitrohexaazaisowurtzitane, especially the particularly dense epsilon form, is useful as an explosive or oxidizing charge in pyrotechnic compositions.
Description
Forme polymorphe epsilon d'un dérivé de 1'isowurtzitane et procédés de synthèseEpsilon polymorphic form of an isowurtzitane derivative and methods of synthesis
La présente invention est relative à une nouvelle forme polymorphe, appelée epsilon, de 1'hexanitrohexaa-zaisowurtzitane, ainsi qu'à deux procédés de synthèse de cette nouvelle forme polymorphe.The present invention relates to a new polymorphic form, called epsilon, of hexanitrohexaa-zaisowurtzitane, as well as to two methods of synthesizing this new polymorphic form.
L'invention se situe dans le domaine des poudres, propergols, et explosifs, très couramment utilisés, notamment dans les industries d'armement.The invention lies in the field of powders, propellants, and explosives, very commonly used, especially in the armament industries.
Il existe, depuis quelques années, de nombreuses publications relatives au 2,4,6,8,10,12-hexanitro-2,4,6,8,10,12-hexaazatétracyclo (5.5.0.O5/9.O3/H) dodé-cane encore appelé hexanitrohexaazaisovmrtzitane.In recent years there have been numerous publications on 2,4,6,8,10,12-hexanitro-2,4,6,8,10,12-hexaazatetracyclo (5.5.0.O5 / 9.O3 / H) dodé-cane also called hexanitrohexaazaisovmrtzitane.
Ces publications décrivent les propriétés physiques, chimiques et détoniques de ce composé et/ou diverses formes polymorphes, ainsi que son utilisation dans des compositions explosives, des propergols ou des poudres pour armes.These publications describe the physical, chemical and detonation properties of this compound and / or various polymorphic forms, as well as its use in explosive compositions, propellants or gun powders.
On peut citer, par exemple, F. FOLTZ qui, dans Propellants, Explosives, Pyrotechnies 19, 63-69 (1994), étudie la stabilité thermique du polymorphe epsilon dans un poly(uréthanne-ester), et qui, dans Propellants, Explosives, Pyrotechnies 19, 19-25 (1994), étudie la stabilité thermique des quatre formes polymorphes appelées alpha, bêta, gamma et epsilon.For example, F. FOLTZ, which, in Propellants, Explosives, Pyrotechnies 19, 63-69 (1994), studies the thermal stability of the epsilon polymorph in a poly (urethane-ester), and which, in Propellants, Explosives Pyrotechnies 19, 19-25 (1994) studies the thermal stability of the four polymorphic forms called alpha, beta, gamma and epsilon.
Toutefois, les informations concernant sa synthèse sont très rares, imprécises et insuffisantes pour que l'homme du métier, même avec ses connaissances générales, puisse la réaliser.However, the information concerning its synthesis is very rare, inaccurate and insufficient for the skilled person, even with his general knowledge, to achieve it.
Si les auteurs des publications précitées mentionnent parfois que le composé a été obtenu à partir d1hexabenzylhexaazaisowurtzitane, il ne décrivent jamais comment.Although the authors of the aforementioned publications sometimes mention that the compound was obtained from hexabenzylhexaazaisowurtzitane, they never describe how.
Les informations les plus précises concernant la synthèse figurent dans la demande de brevet japonais J 06 321962 A relative à la synthèse de 1'hexakis(tri- méthylsilyléthylcarbamyl) hexaazaisowurtzitane à partir de 1'hexabenzylhexaazaisowurtzitane.The most accurate information concerning the synthesis is found in Japanese Patent Application No. 06321962 A relating to the synthesis of hexakis (trimethylsilylethylcarbamyl) hexaazaisowurtzitane from hexabenzylhexaazaisowurtzitane.
Il y est mentionné qu'on peut obtenir l'hexanitro-hexaazaisowurtzitane à partir de ce composé intermédiaire silylé en le faisant d'abord réagir avec l'acide nitreux puis ensuite avec l'acide nitrique, mais aucun exemple d'une telle réaction n'est décrit, et aucune précision concernant les conditions opératoires (température, concentration des acides, milieu, etc...) n'est indiquée.It is mentioned that hexanitro-hexaazaisowurtzitane can be obtained from this silylated intermediate by first reacting it with nitrous acid and then with nitric acid, but no example of such a reaction can be obtained. is described, and no details concerning the operating conditions (temperature, concentration of acids, medium, etc.) are indicated.
Arnold T. NIELSEN, au congrès de Long Beach (Californie, USA) organisé par 1'American Defense Preparedness Association et tenu à 1'Hotel Queen Mary les 27-29 octobre 1986, a divulgué la synthèse du 4,10-dibenzyl-2,6,8,12-tétraacétyl-2,4,6,8,10,12-hexaa-zatétracyclo (5.5.0.O5/9.O3>11) dodécane, encore appelé tétraacétyldibenzylhexaazaisowurtzitane, par réaction, à 60°C durant 6h, de 1'hexabenzylhexaazaisowurtzitane avec l'anhydride acétique, en présence d'hydrogène et de Pd/C comme catalyseur. Le rendement est de 25%.Arnold T. NIELSEN, at the Long Beach Convention (California, USA) organized by the American Defense Preparedness Association and held at the Queen Mary Hotel on October 27-29, 1986, disclosed the synthesis of 4,10-dibenzyl-2 , 6,8,12-tetraacetyl-2,4,6,8,10,12-hexaa-zatetracyclo (5.5.0.O5 / 9.O3> 11) dodecane, also called tetraacetyldibenzylhexaazaisowurtzitane, by reaction, at 60 ° C during 6h, hexabenzylhexaazaisowurtzitane with acetic anhydride, in the presence of hydrogen and Pd / C as catalyst. The yield is 25%.
L'auteur indique également avoir étudié de nombreuses conditions opératoires de nitration du tétraacétyldibenzylhexaazaisowurtzitane dans le but d'obtenir l'hexanitrohexaazaisowurtzitane, mais ce composé n'a jamais pu être obtenu.The author also states that he has studied numerous conditions for the nitration of tetraacetyldibenzylhexaazaisowurtzitane in order to obtain hexanitrohexaazaisowurtzitane, but this compound could never be obtained.
Malgré ce préjugé, des conditions opératoires ont été trouvées permettant l'obtention, avec un excellent rendement, de 1'hexanitrohexaazaisowurtzitane à partir du tétraacétyldibenzylhexaazaisowurtzitane. L'hexanitrohexaazaisowurtzitane ainsi obtenu se présente sous la forme polymorphe alpha, en référence aux publications de FOLTZ précitées. Sa masse volumique est de 1,97 g/cm3.In spite of this prejudice, operating conditions have been found permitting obtaining, with an excellent yield, hexanitrohexaazaisowurtzitane from tetraacetyldibenzylhexaazaisowurtzitane. The hexanitrohexaazaisowurtzitane thus obtained is in the polymorphic alpha form, with reference to the aforementioned FOLTZ publications. Its density is 1.97 g / cm3.
Or, d'après ces mêmes publications de FOLTZ, c'est la forme polymorphe epsilon qui possède la masse volumique la plus élevée, et qui parait donc présenter le plus d'intérêt, notamment pour son utilisation dans les compositions pyrotechniques.Now, according to these same FOLTZ publications, it is the epsilon polymorphic form which has the highest density, and which therefore seems to be of the greatest interest, especially for its use in pyrotechnic compositions.
Si certaines propriétés et caractéristiques de la forme epsilon de 1'hexanitrohexaazaisowurtzitane sont connues de l'homme du métier, les informations comprises dans ce même état de la technique, même complétées par les connaissances générales de l'homme du métier, ne permettent pas à celui-ci de la préparer et de l'isoler.If certain properties and characteristics of the epsilon form of hexanitrohexaazaisowurtzitane are known to those skilled in the art, the information included in the same state of the art, even supplemented by the general knowledge of those skilled in the art, does not allow this one to prepare and isolate it.
L'homme du métier est donc à la recherche d'un procédé permettant d'obtenir cette forme polymorphe epsilon.Those skilled in the art are therefore in search of a method making it possible to obtain this epsilon polymorphic form.
La présente invention permet de résoudre ce problème.The present invention solves this problem.
Elle a tout d'abord pour objet la forme polymorphe epsilon de l'hexanitrohexaazaisowurtzitane . dont la synthèse n'était pas connue de l'homme du métier, ni suggérée par l'état de la technique.It firstly relates to the epsilon polymorphic form of hexanitrohexaazaisowurtzitane. whose synthesis was not known to those skilled in the art, nor suggested by the state of the art.
Elle a également pour objet deux procédés de synthèse de cette forme polymorphe epsilon, dont la masse volumique est de 2,04 g/cm3.It also relates to two methods of synthesis of this epsilon polymorphic form, whose density is 2.04 g / cm3.
Cette masse volumique élevée rend cette forme polymorphe epsilon particulièrement intéressante comme charge explosive ou oxydante dans les compositions pyrotechniques.This high density makes this polymorphic form epsilon particularly interesting as an explosive or oxidizing charge in the pyrotechnic compositions.
Selon l'invention, un premier procédé de synthèse de la forme polymorphe epsilon consiste à tout d'abord mélanger de l'hexanitrohexaazaisowurtzitane de forme polymorphe quelconque, alpha par exemple, dans un prémélange comprenant : - 20% à 40% en poids d'un polyazoture de glycidyle répondant à la formule généraleAccording to the invention, a first method for synthesizing the epsilon polymorphic form consists in firstly mixing hexanitrohexaazaisowurtzitane of any polymorphic form, for example alpha, in a premix comprising: 20% to 40% by weight of a glycidyl polyazide corresponding to the general formula
dans laquelle x est un nombre entier tel que 10 ^ x ^ 60 et R représente un groupement —(- CH2-)-h~ N3 ou -CH2”CHN3—CH2N3 dans lequel n est un nombre entier tel que 1 < n ^ 5, - 60% à 80% en poids d'au moins un trinitrate d'un triol monomère comportant 3 à 12 atomes de carbone, puis à réaliser ensuite au moins un, de préférence plusieurs, et mieux encore au moins cinq, cycle thermique de chauffage du mélange à une température comprise entre 40°C et 60°C puis à une température comprise entre 10°C et 30 °C, puis enfin à éliminer les constituants du prémélange par lavage avec un solvant organique.wherein x is an integer such that 10 ^ x ^ 60 and R is a group - (- CH2 -) - h ~ N3 or -CH2 "CHN3-CH2N3 where n is an integer such that 1 <n ^ 5 60% to 80% by weight of at least one trinitrate of a monomeric triol having 3 to 12 carbon atoms, then to then carry out at least one, preferably several, and more preferably at least five, thermal cycle of heating the mixture at a temperature of between 40 ° C. and 60 ° C. and then at a temperature of between 10 ° C. and 30 ° C., and finally removing the constituents of the premix by washing with an organic solvent.
Lorsqu'on mélange l'hexanitrohexaazaisowurtzitane et le prémélange, on obtient une suspension de l'hexanitrohexaazaisowurtzitane dans le prémélange, mais une faible partie est néanmoins dissoute.When hexanitrohexaazaisowurtzitane is mixed with the premix, a suspension of hexanitrohexaazaisowurtzitane is obtained in the premix, but a small portion is nevertheless dissolved.
De façon préférée, R représente -CH2N3 et x est tel que 20 < x ^ 40.Preferably, R is -CH2N3 and x is such that 20 <x <40.
De façon également préférée, le prémélange comprend 60% à 80% en poids d'un mélange de trinitrate de triméthyloléthane et de 1,2,4-butanetriol.Also preferably, the premix comprises 60% to 80% by weight of a mixture of trimethylolethane trinitrate and 1,2,4-butanetriol.
Selon une variante préférée, ce prémélange est constitué de 27,5% en poids de polyazoture de glycidyle, 35% en poids de trinitrate de triméthyloléthane, 35% en poids de trinitrate de 1,2,4-butanetriol, 1,2 5% en poids de 2-nitrodiphénylamine et 1,25% en poids de N-méthyl paranitroaniline.According to a preferred variant, this premix consists of 27.5% by weight of glycidyl polyazide, 35% by weight of trimethylolethane trinitrate, 35% by weight of 1,2,4-butanetriol trinitrate, 1,2 5% by weight of 2-nitrodiphenylamine and 1.25% by weight of N-methylparanitroaniline.
De façon générale, selon ce premier procédé, le rapport massique entre le prémélange et 1'hexanitrohexaazaisowurtzitane à recristalliser, respectivement, est compris entre 10 et 100.In general, according to this first method, the mass ratio between the premix and the hexanitrohexaazaisowurtzitane to be recrystallized, respectively, is between 10 and 100.
Selon une variante préférée, on réalise au moins 5 cycles thermiques successifs de 2h à 50°C et de 2h à 20°C.According to a preferred variant, at least 5 successive thermal cycles of 2 h at 50 ° C. and 2 h at 20 ° C. are carried out.
Par ailleurs, parmi les solvants de lavage du prémélange qui conviennent bien, on peut citer les solvants chlorés, notamment le chlorure de méthylène qui est particulièrement préféré.On the other hand, among the premix washing solvents which are suitable, mention may be made of chlorinated solvents, especially methylene chloride, which is particularly preferred.
Le second procédé de synthèse de la forme polymorphe epsilon de l'hexanitrohexaazaisowurtzitane consiste à réaliser une solution saturée d'hexanitrohexaazaisowurtzitane de forme polymorphe quelconque, alpha par exemple, dans un mélange acétone/toluène, puis à ensemencer cette solution saturée par quelques cristaux d·hexanitrohexaazaisowurtzitane de forme polymorphe epsilon, puis enfin à concentrer la solution par évaporation de l'acétone.The second method for synthesizing the epsilon polymorphic form of hexanitrohexaazaisowurtzitane consists in producing a saturated solution of hexanitrohexaazaisowurtzitane of any polymorphic form, for example alpha, in an acetone / toluene mixture, and then inoculating this saturated solution with a few crystals of hexanitrohexaazaisowurtzitane of polymorphic form epsilon, then finally to concentrate the solution by evaporation of acetone.
De façon générale, le rapport volumique acétone/toluène respectivement, est compris entre 10/90 et 50/50, mieux encore entre 15/85 et 30/70, par exemple 20/80 OU 25/75.In general, the volume ratio acetone / toluene respectively, is between 10/90 and 50/50, more preferably between 15/85 and 30/70, for example 20/80 or 25/75.
Selon une variante préférée, la quantité de semence représente entre 0,1% et 1% en poids de la quantité d ' hexanitrohexaazaisowurtzitane de forme polymorphe quelconque à recrxstalliser.According to a preferred variant, the amount of seed represents between 0.1% and 1% by weight of the amount of hexanitrohexaazaisowurtzitane of any polymorphic form to be recrystallized.
Par ailleurs, de façon inattendue, on a constaté qu'on obtenait un produit de pureté plus élevée, c'est à dire exempt notamment d'autres formes polymorphes d'hexanitrohexaazaisowurtzitane, lorsque, lors de 11 opération de concentration de la solution par évaporation de l'acétone, la température n'excède pas 30°C, c'est à dire lorsqu'elle est inférieure ou égale à 30°C, par exemple comprise entre 10°C et 30°C, de préférence entre 20°C et 30°C.Unexpectedly, it has been found that a product of higher purity, that is free of other polymorphic forms of hexanitrohexaazaisowurtzitane, is obtained when, during the operation of concentration of the solution by evaporation. acetone, the temperature does not exceed 30 ° C, that is to say when it is less than or equal to 30 ° C, for example between 10 ° C and 30 ° C, preferably between 20 ° C and 30 ° C.
Selon une autre variante préférée, pour réaliser la solution saturée d'hexanitrohexaazaisowurtzitane dans le mélange acétone/toluène, le procédé est simplifié lorsqu'on réalise d'abord une solution saturée d'hexanitrohexaazaisowurtzitane dans l'acétone et qu'on ajoute ensuite le toluène.According to another preferred variant, to produce the saturated solution of hexanitrohexaazaisowurtzitane in the acetone / toluene mixture, the process is simplified when a saturated solution of hexanitrohexaazaisowurtzitane is first made in acetone and toluene is then added. .
Si la solution saturée contient de l'hexanitro-hexaazaisowurtzitane en suspension, il est préférable d'éliminer cette suspension, par exemple par filtration, avant l'ensemencement, de façon à ne pas polluer le produit final obtenu.If the saturated solution contains hexanitro-hexaazaisowurtzitane in suspension, it is preferable to remove this suspension, for example by filtration, before seeding, so as not to pollute the final product obtained.
Ce second procédé est beaucoup plus simple à mettre en oeuvre, plus économique et plus facilement extrapolable au stade industriel que le premier. S'il nécessite de disposer au préalable, lorsqu'on le met en oeuvre pour la toute première fois, d'une faible quantité du produit recherché obtenu selon une autre méthode, la très faible proportion de semence nécessaire par rapport au produit à recristalliser rend ensuite le procédé parfaitement autonome.This second method is much simpler to implement, more economical and more easily extrapolable at the industrial stage than the first. If it requires the prior provision, when implemented for the first time, a small amount of the desired product obtained by another method, the very low proportion of seed required in relation to the product to be recrystallized makes then the perfectly autonomous process.
Les exemples non limitatifs suivants illustrent l'invention et les avantages qu'elle procure.The following nonlimiting examples illustrate the invention and the advantages it provides.
Exemple 1 : Synthèse du tétraacétyldibenzylhexaaza- isowurtzitaneExample 1 Synthesis of tetraacetyldibenzylhexazis-isowurtzitane
Dans un réacteur double enveloppe de 250 ml muni d'une agitation magnétique, d'un réfrigérant à eau et d'une canne d'introduction équipée d'un fritté pour l'introduction d'hydrogène, on introduit, à la température ambiante (15-20°C), 67 ml de diméthylformamide (DMF), 17 ml d'anhydride acétique, 0,23 g (1,46 mmol) de bromotoenzène, 20,8 g (29,4 mmol) d ' hexabenzylhexaazaisowurtzitane et 1,15 g d'hydroxyde de palladium sur charbon (humidité : 50%, taux de palladium dans la matière sèche : 5%) . Après purge de l'appareillage par un gaz inerte, et tout en introduisant de l'hydrogène dans le milieu et en maintenant sa pression dans le réacteur entre 1,13 l05Pa et 1,25 105Pa, on porte le milieu réactionnel de la température ambiante jusqu'à 55 °C en 3h, puis on maintient cette température pendant 2h.In a 250 ml jacketed reactor equipped with a magnetic stirrer, a water cooler and an introduction rod equipped with a sinter for introducing hydrogen, is introduced at room temperature ( 15-20 ° C), 67 ml of dimethylformamide (DMF), 17 ml of acetic anhydride, 0.23 g (1.46 mmol) of bromotoenzene, 20.8 g (29.4 mmol) of hexabenzylhexaazaisowurtzitane and 1 15 g of palladium hydroxide on charcoal (moisture: 50%, palladium content in the dry matter: 5%). After purging the apparatus with an inert gas, and while introducing hydrogen into the medium and maintaining its pressure in the reactor between 1.10 10 Pa and 1.25 × 105 Pa, the reaction medium is brought to ambient temperature. up to 55 ° C in 3h, then this temperature is maintained for 2h.
On arrête l'introduction d'hydrogène, puis on introduit 158 ml d'acide acétique dans le milieu que l'on porte alors à une température comprise entre 80°C et 90°C.The introduction of hydrogen is stopped, then 158 ml of acetic acid is introduced into the medium which is then carried at a temperature of between 80 ° C. and 90 ° C.
On filtre ce milieu afin de séparer le catalyseur, puis on concentre le filtrat à 600C-70°C sous une pression réduite de 2,5 103Pa à 5 103Pa (environ 20 mm à 40 mm Hg).This medium is filtered to separate the catalyst, and the filtrate is concentrated to 600 ° C.-70 ° C. under a reduced pressure of 2.5 × 10 3 Pa to 5 × 10 Pa (about 20 mm to 40 mm Hg).
Après retour à la température ambiante, on reprend le résidu par 100 ml d'acétone. Le tétraacétyldibenzyl-hexaazaisowurtzitane obtenu, qui a précipité, est filtré et rincé par 50 ml d'acétone.After returning to ambient temperature, the residue is taken up in 100 ml of acetone. The tetraacetyldibenzyl-hexaazaisowurtzitane obtained, which precipitated, is filtered and rinsed with 50 ml of acetone.
Après séchage 24h à 30°C sous une pression réduite de 5 103Pa (environ 40 mm Hg) , on obtient 12,1 g (rendement 80%) de tétraacétyldibenzylhexaaza-isowurtzitane, identifié par conformité à des spectres de référence par spectrométrie de masse, infrarouge et RMN du proton à 60 MHz.After drying for 24 hours at 30 ° C. under a reduced pressure of 103 Pa (approximately 40 mmHg), 12.1 g (80% yield) of tetraacetyldibenzylhexaaza-isowurtzitane, identified by conformity with reference spectra by mass spectrometry, are obtained. infrared and proton NMR at 60 MHz.
Exemple 2 : Synthèse de l'hexanitrohexaazaisowurtzitane de forme polymorphe alphaExample 2 Synthesis of Hexanitrohexaazaisowurtzitane of Alpha Polymorph Form
Dans un réacteur d'un litre double enveloppe équipé d'une agitation mécanique et d'une sonde de température, on introduit, à 0°C, 313 g (3,37 mol) de N204 liquide.In a 1-liter jacketed reactor equipped with mechanical stirring and a temperature probe, 313 g (3.37 mol) of liquid N 2 O 4 are introduced at 0 ° C.
On additionne, entre 0°C et 5°C, 133 g (0,259 mol) de tétraacétyldibenzylhexaazaisowurtzitane obtenu selon 1'exemple l.133 g (0.259 mol) of tetraacetyldibenzylhexaazaisowurtzitane obtained according to Example 1 are added between 0 ° C. and 5 ° C.
On laisse remonter la température du milieu réactionnel jusqu'à 15-16°C (reflux du N204) puis on laisse le milieu sous agitation et au reflux du N204 pendant 2Oh.The temperature of the reaction medium is allowed to rise to 15-16 ° C. (reflux of N 2 O 4), and the medium is then left stirring and under reflux for 20 h for 2 hours.
Après avoir refroidi le milieu à 0°C, on ajoute, entre 0°C et 8°C, 667 ml d'un mélange suif onitrique respectivement 20/80 en volumes, ce qui correspond à l'ajout de 12,8 mol d'acide nitrique.After having cooled the medium to 0 ° C., 667 ml of a tallow / tallow mixture, respectively 20/80 by volume, are added between 0 ° C. and 8 ° C., which corresponds to the addition of 12.8 mol. 'nitric acid.
On chauffe ensuite progressivement le milieu de façon à éliminer l'excès de N204 par distillation, puis, lorsque la température du milieu atteint 73-75°C, on laisse le milieu sous agitation durant 4h.The medium is then gradually heated so as to eliminate the excess of N 2 O 4 by distillation, then, when the temperature of the medium reaches 73-75 ° C., the medium is left stirring for 4 h.
Après refroidissement à 40°C, on verse le milieu sur 2 1 d'un mélange eau-glace. Un solide décante que l'on récupère par filtration et lavage à l'eau chaude (40°C) sur filtre jusqu'à pH neutre des eaux de lavage.After cooling to 40 ° C, the medium is poured into 2 1 of a water-ice mixture. A decant solid which is recovered by filtration and washing with hot water (40 ° C) on filter until neutral pH washing water.
Après séchage, on obtient 104 g d'hexanitro-hexaazaisowurtzitane (rendement 97%) solide blanc identifié par RMN du proton à 200 MHz dans le diméthyl suif oxyde (DMSO) , par RMN du carbone dans les mêmes conditions, par IR, par analyse élémentaire et par étude cristallographique aux rayons X.After drying, 104 g of hexanitro-hexaazaisowurtzitane (97% yield) white solid identified by proton NMR at 200 MHz in dimethyl sulfoxide (DMSO) are obtained by carbon NMR under the same conditions, by IR, by analysis. elemental and by X-ray crystallographic study.
Sa température de fusion est voisine de 170 °C et sa pureté peut être estimée supérieure à 95%.Its melting point is close to 170 ° C. and its purity can be estimated to be greater than 95%.
Sa masse volumique est de 1,97 g/cm3 d'après les données cristallographiques obtenues par rayons X.Its density is 1.97 g / cm 3 based on X-ray crystallographic data.
L'étude cristallographique d'un monocristal par rayons X montre que ce composé cristallise avec environ 25% molaires d'eau et qu'il présente une structure cristalline orthorhombique de groupe d'espace Pbca ayant les paramètres de mailles suivantes : a = 9,546Â, b = 13,232Â, c = 23,634Â et Z= 8.The crystallographic study of a single crystal by X-rays shows that this compound crystallizes with about 25 mol% of water and that it has an orthorhombic crystalline structure of Pbca space group having the following mesh parameters: a = 9.546 , b = 13.232, c = 23.634 and Z = 8.
Par ailleurs, le spectre IR à transformée de Fourier d'une dispersion à 1% dans KBr présente, entre 700 cm-1 et 1200 cm-1, les pics caractéristiques de la forme polymorphe alpha, en référence à la publication de FOLTZ précitée, tableau 1 page 66. Les pics caractéristiques des formes epsilon, bêta et gamma ne sont pas observés.Moreover, the Fourier transform IR spectrum of a 1% dispersion in KBr has, between 700 cm -1 and 1200 cm -1, the characteristic peaks of the alpha polymorphic form, with reference to the aforementioned FOLTZ publication. Table 1 on page 66. The characteristic peaks of the epsilon, beta and gamma forms are not observed.
L'hexanitrohexaazaisowurtzitane obtenu se trouve donc sous la forme polymorphe alpha.The hexanitrohexaazaisowurtzitane obtained is therefore in the alpha polymorphic form.
Exemple 3 : Synthèse de l'hexanitrohexaazaisowurtzitane de forme polymorphe epsilon. Méthode par mélangeExample 3 Synthesis of hexanitrohexaazaisowurtzitane of polymorphic form epsilon. Mixing method
Après mise en suspension avec dissolution partielle, à la température ambiante proche de 20°C, de 0,5g d'hexanitrohexaazaisowurtzitane obtenu selon l'exemple 2 dans 15 g d'un prémélange constitué de : 27,5% en poids du polyazoture de glycidyle (PAG) de formuleAfter having suspended, with partial dissolution, at room temperature close to 20 ° C., 0.5 g of hexanitrohexaazaisowurtzitane obtained according to Example 2 in 15 g of a premix consisting of: 27.5% by weight of the polyazide of glycidyl (PAG) of formula
dans laquelle x est un nombre entier tel que 20 ^ x ^ 40 commercialisé par la SNPE sous la référence PAG-diol 1800 et dont la masse moléculaire moyenne en nombre est voisine de 1800, - 35% en poids de trinitrate de triméthyloléthane, 35% en poids de trinitrate de 1,2,4-butanetriol, - 1,25% en poids de 2—nitrodiphénylamine, 1,25% en poids de N—méthyl paranitroaniline, on réalise six cycles thermiques successifs de 2h à 50°C, puis de 2h à 20°C. Chaque cycle est donc constitué d'une période de chauffage du mélange de 20°C à 50°C, d'une période de maintien de la température 2h à 50°C, d'une période de refroidissement du mélange de 50°C à 20°C, et d'une période de maintien de la température 2h à 20°C.in which x is an integer such that 20 ^ x ^ 40 marketed by SNPE under the reference PAG-diol 1800 and whose number-average molecular weight is close to 1800, -35% by weight of trimethylolethane trinitrate, 35% by weight of 1,2,4-butanetriol trinitrate, 1.25% by weight of 2-nitrodiphenylamine, 1.25% by weight of N-methylparanitroaniline, six successive thermal cycles of 2 h are carried out at 50.degree. then 2h at 20 ° C. Each cycle therefore consists of a heating period of the mixture of 20 ° C to 50 ° C, a period of maintaining the temperature 2h at 50 ° C, a cooling period of the mixture of 50 ° C to 20 ° C, and a period of maintaining the temperature 2h at 20 ° C.
On élimine ensuite totalement les constituants du prémélange par lavage au chlorure de méthylène sur un filtre.The constituents of the premix are then completely removed by washing with methylene chloride on a filter.
On recueille 0,47 g d'hexanitrohexaazaisowurtzi-tane, identifié comme selon l'exemple 2.0.47 g of hexanitrohexaazaisowurtzi-tane, identified as in Example 2, is collected.
Sa masse volumique, à 20 °C, est de 2,04 g/cm3 d'après les données cristallographiques obtenues par rayons X.Its density at 20 ° C is 2.04 g / cm 3 based on X-ray crystallographic data.
L'étude cristallographique d'un monocristal par rayons X montre que le produit présente une structure cristalline monoclinique de groupe d'espace dont les paramètres de mailles sont : a = 8,864Â, b = 12,581Â, c = 13,388Â et Z = 4.The crystallographic study of an X-ray single crystal shows that the product has a monoclinic space group crystalline structure whose mesh parameters are: a = 8,864, b = 12,581, c = 13,388 and Z = 4 .
Par ailleurs, le spectre IR à transformée de Fourier d'une dispersion à 1% dans KBr présente, entre 7 00 cm-1 et 1200 cm-1, les pics caractéristiques de la forme polymorphe epsilon, en référence à la publication de FOLTZ précitée, tableau 1 page 66. Les pics caractéristiques des formes alpha, bêta et gamma ne sont pas observés.Moreover, the Fourier transform IR spectrum of a 1% dispersion in KBr has, between 7 00 cm-1 and 1200 cm-1, the characteristic peaks of the epsilon polymorphic form, with reference to the aforementioned FOLTZ publication. , Table 1, page 66. The characteristic peaks of the alpha, beta and gamma forms are not observed.
L'hexanitrohexaazaisowurtzitane obtenu se trouve donc sous la forme polymorphe epsilon.The hexanitrohexaazaisowurtzitane obtained is thus in the polymorphic form epsilon.
Exemples 4 et 5 : Synthèse de 1'hexanitrohexaaza- isowurtzitane de forme polymorphe epsilon. Méthode par ensemencementExamples 4 and 5: Synthesis of hexanitrohexazazisowurtzitane of polymorphic form epsilon. Seeding method
Exemple 4Example 4
On mélange, à la température ambiante proche de 20°C, 10 g d'hexanitrohexaazaisowurtzitane obtenu selon l'exemple 2 avec 2 0 ml d'acétone. On obtient ainsi une solution saturée dans laquelle une faible partie de 1'hexanitrohexaazaisowurtzitane de départ reste en suspension.10 g of hexanitrohexaazaisowurtzitane obtained according to Example 2 are mixed at room temperature close to 20 ° C. with 20 ml of acetone. A saturated solution is thus obtained in which a small portion of the starting hexanitrohexaazaisowurtzitane remains in suspension.
On ajoute 80 ml de toluène, ce qui permet d'obtenir une solution saturée d'hexanitrohexaazaisowurtzitane dans un mélange 20/80 en volumes acétone/toluène respectivement dans laquelle une faible partie de 1 'hexanitrohexaazaisowurtzitane de départ reste en suspension.80 ml of toluene are added, which makes it possible to obtain a saturated solution of hexanitrohexaazaisowurtzitane in a 20/80 mixture of acetone / toluene volumes respectively in which a small portion of the starting hexanitrohexaazaisowurtzitane remains in suspension.
On filtre cette suspension et recueille le filtrat, c'est à dire la solution saturée, que l'on ensemence ensuite par quelques cristaux d'hexanitrohexaazaisowurtzitane de forme polymorphe epsilon obtenu selon l'exemple 3.This suspension is filtered and the filtrate is collected, ie the saturated solution, which is then seeded with a few crystals of hexanitrohexaazaisowurtzitane of polymorphic epsilon form obtained according to Example 3.
On concentre ensuite le mélange à 25°C sous un vide partiel de 2,5 103-5 l03Pa (environ 20-40 mm Hg) jusqu'à ce que tout l'acétone soit éliminé.The mixture is then concentrated at 25 ° C. under a partial vacuum of 2.5 × 10 3 Pa 3 (about 20-40 mm Hg) until all of the acetone is removed.
Un solide blanc (9 g) précipite au cours de cette opération de concentration, que l'on récupère par filtration.A white solid (9 g) precipitates during this concentration operation, which is recovered by filtration.
Ce solide blanc, identifié et analysé comme décrit pour 1'exemple 3, qui présente toutes les caractéristiques, notamment physiques et spectrales, du produit obtenu pour 1'exemple 3, est de 1 ' hexanitrohexaazaisowurtzitane de forme polymorphe epsilon.This white solid, identified and analyzed as described for Example 3, which has all the characteristics, in particular physical and spectral, of the product obtained for Example 3, is hexanitrohexaazaisowurtzitane of polymorphic form epsilon.
Exemple 5Example 5
On a reproduit 1 ' exemple 4, mais avec 0,5 kg d'hexanitrohexaazaisowurtzitane obtenu selon l’exemple 2, 11 d'acétone et 4 1 de toluène. La quantité de semence est de 2,5 g, soit 0,5% en poids de la quantité d'hexanitrohexaazaisowurtzitane à recristalliser.Example 4 was repeated, but with 0.5 kg of hexanitrohexaazaisowurtzitane obtained according to Example 2, 11 of acetone and 4 l of toluene. The quantity of seed is 2.5 g, ie 0.5% by weight of the amount of hexanitrohexaazaisowurtzitane to be recrystallized.
On a obtenu 455 g d1 hexanitrohexaazaisowurtzitane de forme polymorphe epsilon, identifié et analysé comme selon les exemples 3 et 4.455 g of hexanitrohexaazaisowurtzitane of polymorphic form epsilon were obtained, identified and analyzed as in Examples 3 and 4.
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