CN107698532A - 1,5‑二硝胺基四唑二肼基四嗪盐化合物 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种1,5‑二硝胺基四唑二肼基四嗪盐化合物，其结构式如(I)所示：

Description

1,5-二硝胺基四唑二肼基四嗪盐化合物
技术领域
本发明涉及一种含能材料，具体涉及一种1,5-二硝胺基四唑二肼基四嗪盐化合物。
背景技术
3,6-二肼基-1,2,4,5-四嗪(DHT)的有机盐作为一类高氮杂环含能材料，具有高能量、正生成热高、对摩擦和撞击钝感、低特征信号、燃烧无残渣、产物多为氮气无污染等优点，可广泛用于炸药、推进剂和烟火技术等领域。此外，因其具有氮含量高、气体生成量大且无毒无害等优点，有望成为叠氮化钠的含能绿色替代物而被用于各类安全气囊中。因此，3,6-二肼基-1,2,4,5-四嗪的有机盐含能化合物成为近年来国内外科研工作者积极研发的一类新型多氮含能化合物。例如2015年，罗义芬等人在《两种1H,4H-3,6-二硝基吡唑[4,3-c]并吡唑含能离子盐的合成及热行为》，火炸药学报，2015，38(3)，40-44一文中公开了1H,4H-3,6-二硝基吡唑[4,3-c]并吡唑3,6-二肼基四嗪盐的结构及合成方法，其结构如(II)所示：
该化合物的热分解温度为174.3℃，经发明人计算，该化合物密度为1.63g/cm3，爆速为7964m/s，爆压为26.5GPa。但是该化合物热分解温度较低、能量较小。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服背景技术的不足和缺陷，提供一种热分解温度较高、能量较大的1,5-二硝胺基四唑二肼基四嗪盐化合物。
本发明的1,5-二硝胺基四唑二肼基四嗪盐化合物的合成路线如下：
以1-甲氧基甲酰基-1,5-二氨基四唑为原料，首先与五氧化二氮、氢氧化钾、盐酸水溶液反应生成1,5-二硝胺基四唑，然后与3,6-二肼基-1,2,4,5-四嗪发生中和反应生成1,5-二硝胺基四唑二肼基四嗪盐。
本发明的1,5-二硝胺基四唑二肼基四嗪盐化合物，其结构式如(I)所示：
本发明的1,5-二硝胺基四唑二肼基四嗪盐的合成方法，包括以下步骤：
(1)1,5-二硝胺基四唑的合成
室温下，将1-甲氧基甲酰基-1,5-二氨基四唑加入乙腈中，冰水浴冷却至0～5℃，滴加五氧化二氮的乙腈溶液，在0～5℃反应1h，继续加入氢氧化钾水溶液，反应0.5h，蒸除溶剂得淡黄色固体，加入甲醇搅拌2h，过滤、干燥得白色固体；向上述白色固体中加入2mol/L的盐酸搅拌0.5h，乙酸乙酯萃取，无水硫酸镁干燥，蒸除溶剂、干燥得白色固体；其中1-甲氧基甲酰基-1,5-二氨基四唑、五氧化二氮与氢氧化钾的摩尔比为1:2～4:4～8。
(2)1,5-二硝胺基四唑二肼基四嗪盐的合成
室温下，将1,5-二硝胺基四唑、甲醇加入反应瓶中，搅拌溶解后，加入3,6-二肼基四嗪，升温至45℃反应1.5h，冷却、减压浓缩溶剂、过滤、干燥得桔红色固体；其中1,5-二硝胺基四唑与3,6-二肼基四嗪的摩尔比为1:0.95～1.05。
本发明的优点：
本发明的1,5-二硝胺基四唑二肼基四嗪盐化合物热分解温度较高，其热分解温度为189.7℃，对比文件的1H,4H-3,6-二硝基吡唑[4,3-c]并吡唑二肼基四嗪盐的热分解温度为174.3℃；本发明的1,5-二硝胺基四唑二肼基四嗪盐化合物能量较大，其计算密度为1.69g/cm3，爆速为8165m/s，爆压为29.0GPa，对比文件的1H,4H-3,6-二硝基吡唑[4,3-c]并吡唑二肼基四嗪盐的计算密度为1.63g/cm3，爆速为7964m/s，爆压为26.5GPa。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例1
(1)1,5-二硝胺基四唑的合成
室温下，将2.21g(14mmol)1-甲氧基甲酰基-1,5-二氨基四唑加入42.0mL乙腈中，冰水浴冷却至0～5℃，滴加42.0mL含4.54g(42mmol)五氧化二氮的乙腈溶液，在0～5℃反应1h，继续加入42.0mL含4.70g(84mmol)氢氧化钾水溶液，反应0.5h，蒸除溶剂得淡黄色固体，加入70.0mL甲醇搅拌2h，过滤、干燥得白色固体；向上述白色固体中加入44.0mL 2mol/L的盐酸搅拌0.5h，乙酸乙酯萃取(40.0mL×4)，无水硫酸镁干燥，蒸除溶剂、干燥得2.11g白色固体，收率为79.3％。
结构鉴定：
红外光谱：IR(KBr,cm-1),υ：3205,3144,1596,1579,1508,1476,1453,1413,1332,1287,1245,1058,1037,987
核磁光谱：1H NMR(DMSO-d6,500MHz),δ：12.22(s,2H,2NH)
13C NMR(DMSO-d6,125MHz),δ：147.60
元素分析：分子式CH2N8O4
理论值：C 6.32,H 1.06,N 58.95
实测值：C 6.44,H 1.16,N 59.09。
上述结构鉴定数据证实得到物质确实是1,5-二硝胺基四唑。
(2)1,5-二硝胺基四唑二肼基四嗪盐的合成
室温下，将0.095g(0.5mmol)1,5-二硝胺基四唑、3.0mL甲醇加入反应瓶中，搅拌溶解后，加入0.071g(0.5mmol)3,6-二肼基四嗪，升温至45℃反应1.5h，冷却、减压浓缩溶剂、过滤、干燥得0.15g桔红色固体，收率为90.4％。
结构鉴定：
红外光谱：IR(KBr,cm-1),υ：3427,3225,1691,1585,1551,1504,1431,1379,1327,1281,1053,957
核磁光谱：1H NMR(DMSO-d6,500MHz),δ：10.01(s,DHT2+)
13C NMR(DMSO-d6,125MHz),δ：149.14,162.11
元素分析：分子式C3H8N16O4
理论值：C 10.85,H 2.43,N 67.46
实测值：C 10.93,H 2.38,N 67.53。
上述结构鉴定数据证实得到物质确实是1,5-二硝胺基四唑二肼基四嗪盐。
本发明1,5-二硝胺基四唑二肼基四嗪盐的性能
(1)物化性能
外观：桔红色固体
溶解度：易溶于二甲基亚砜、N,N-二甲基甲酰胺、甲醇、乙醇等；不溶于石油醚、正己烷、乙醚、水等
密度：1.69g/cm3 Gaussian 09程序B3LYP方法
氮含量：67.4％
(2)爆轰性能
爆速：密度为1.69g/cm3，计算爆速为8165m/s K-J方程
爆压：密度为1.69g/cm3，计算爆压为29.0GPa K-J方程
爆容：密度为1.69g/cm3，计算爆容为809L/kg K-J方程
本发明的1,5-二硝胺基四唑二肼基四嗪盐的用途
本发明的1,5-二硝胺基四唑二肼基四嗪盐具有氮含量高、能量高、低特征信号、燃烧无残渣、无污染等优点，可广泛用于炸药、推进剂和烟火技术领域，也可应用于安全气囊中。

Claims (1)

1.一种1,5-二硝胺基四唑二肼基四嗪盐化合物，其结构式如(I)所示：
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