CN115232149B - 含大环结构含能化合物及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了含大环结构含能化合物，其通过其形成大环结构，使得含能化合物的热稳定性和机械稳定性得到了很大提升。本发明还公开了制备含大环结构含能化合物的方法，其通过亚甲基醚桥连高产率形成了含大环结构含能化合物。
Description
技术领域
本发明涉及含能材料技术领域，具体涉及含大环结构含能化合物及其制备方法。
背景技术
在含能材料领域中，获得更高的能量一直是首要要求，但由于实际应用中日益频繁的安全问题，含能材料的稳定性也受到了高度重视。通常，含能材料的稳定性是指其在某些条件下保持物理和化学性质不超过允许范围的能力。稳定性对含能材料的制造、储存和使用具有重要的现实意义，是评价含能材料是否具有潜在应用价值的重要指标之一。在新型含能化合物的设计和制备中，含能分子中酸性质子的存在日益成为一种常见现象，通常会导致吸湿性高、稳定性差或兼容性差等缺点。更重要的是，酸性较强的含能化合物在长期储存期间可能会腐蚀金属设备，这对含能材料的储存、运输和使用极为不利。分子水平上的改性是解决酸性含能化合物吸湿性问题最直接有效的方法。为了消除酸性，之前报道了诸如N-官能化、转化为含能盐等方法，最近引入N，N′桥的策略也被提出。除此之外，引入桥后，对于含能化合物的热稳定性和机械稳定性也能有很大提升。亚烷基醚桥不仅有以上所列优点，还有利于提高含能化合物的氧含量。
发明内容
本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。
本发明还有一个目的是提供一种含大环结构含能化合物，其通过形成大环结构，使得含能化合物的热稳定性和机械稳定性得到了很大提升。
本发明还有另外一个目的是提供一种制备含大环结构含能化合物的方法，其通过亚甲基醚桥连高产率形成了含大环结构含能化合物。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种含大环结构含能化合物，其具有如下式(I)的结构：
其中，R为含氮取代基。
优选的是，其中，R为硝基。
本发明的目的还可以进一步由含大环结构含能化合物的制备方法来实现，包括：以式(II)化合物为原料，与二溴甲醚反应即可得到含大环结构含能化合物；
优选的是，其中，含大环结构含能化合物的制备方法具体包括以下步骤：
步骤一、将式(II)化合物溶于DMF中，搅拌直至溶解，缓慢加入二溴甲醚，加热反应；
步骤二、将反应混合物倒入冰水中，过滤、蒸干溶剂、重结晶得式(I)化合物。
优选的是，其中，所述步骤一中，反应温度为100℃，反应时间为16h。
优选的是，其中，所述步骤一中，式(II)化合物与二溴甲醚的摩尔比为1∶1。
优选的是，其中，所述步骤一中，式(II)化合物与DMF的添加比例为1mmol：5mL。
优选的是，其中，所述步骤二中，重结晶所用溶剂为乙酸乙酯。
本发明至少包括以下有益效果：
1、本发明通过形成大环结构，使得含能化合物的热稳定性和机械稳定性得到了很大提升，为扩展含能材料的设计与合成提供了新思路。
2、本发明的含大环结构含能化合物的制备方法，通过亚甲基醚桥连高产率形成了含大环结构含能化合物。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
图1为本发明实施例1中化合物1的核磁共振氢谱图；
图2为本发明实施例1中化合物1的核磁共振碳谱图；
图3为本发明实施例1中化合物1的单晶结构图；
图4为本发明实施例1中化合物1的DSC图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
需要说明的是，下述实施方案中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。
<实施例1>
含大环结构含能化合物1，其结构式如下：
具体合成路线如下：
具体合成步骤如下：
将(0.26g，1.0mmol)5，5′-二硝基-4，4′-联1，2，3-三唑铵盐加入于5mL DMF中，搅拌反应混合物搅拌30min直至全部溶解，形成棕色溶液。然后，将(0.21g，1.0mmol)二溴甲醚缓慢加入至上述反应液中，将整个反应体系加热至100℃反应保持16小时。随后，冷却至室温后将反应混合物倒至30mL冰水中，过滤收集沉淀，用5mL冰水洗涤，将有机层用无水硫酸钠干燥过夜。过滤后蒸干溶剂，得到粗产物。以乙酸乙酯为溶剂，经重结晶得到0.19g淡黄色产物(化合物1)，产率76％。
化合物1的核磁共振氢谱图见图1，核磁共振碳谱图见图2，单晶结构图见图3，DSC图见图4。
其中，化合物5，5，-二硝基-4，4′-联1，2，3-三唑铵盐的合成方法参考文献：Chunlin He，Jean’ne M.Shreeve，Angew.Chem.Iht.Ed.2015，54，6260-6264.Teng Fei，etal.Cryst.Growth Des.2022，22，1943-1950.
<实施例2>
本发明实施例合成的含大环结构含能化合物1和现有的含能化合物2，4，6-三硝基甲苯(TNT)、1，3，5-三氨基-2，4，6-三硝基苯(TATB)的性能对比：如下表1。
表1化合物1与TNT、TATB的测试及计算性能
由上表可知，含大环结构含能化合物1展示出优异的热稳定性(Td＝311℃)和卓越的机械稳定性(IS＝30J；FS＞360N)，高于常见炸药TNT，接近TATB。另一方面，化合物1具有独特的大环结构，为扩展含能材料的设计与合成提供了新思路。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。
Claims (7)
1.含大环结构含能化合物，其具有如下式(I)的结构：
其中，R为硝基。
2.一种制备权利要求1所述的含大环结构含能化合物的方法，包括：以式(II)化合物为原料，与二溴甲醚反应即可得到含大环结构含能化合物；
其中，R为硝基。
3.如权利要求2所述的方法，具体包括以下步骤：
步骤一、将式(II)化合物溶于DMF中，搅拌直至溶解，缓慢加入二溴甲醚，加热反应；
步骤二、将反应混合物倒入冰水中，过滤、蒸干溶剂、重结晶得式(I)化合物。
4.如权利要求3所述的方法，其中，所述步骤一中，反应温度为100℃，反应时间为16h。
5.如权利要求3所述的方法，其中，所述步骤一中，式(II)化合物与二溴甲醚的摩尔比为1:1。
6.如权利要求3所述的方法，其中，所述步骤一中，式(II)化合物与DMF的添加比例为1mmol:5mL。
7.如权利要求3所述的方法，其中，所述步骤二中，重结晶所用溶剂为乙酸乙酯。
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