CN115611905A - 一种基于单原子催化剂高效合成cl-20高含能笼状化合物的方法 - Google Patents

一种基于单原子催化剂高效合成cl-20高含能笼状化合物的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN115611905A
CN115611905A CN202211104322.1A CN202211104322A CN115611905A CN 115611905 A CN115611905 A CN 115611905A CN 202211104322 A CN202211104322 A CN 202211104322A CN 115611905 A CN115611905 A CN 115611905A
Authority
CN
China
Prior art keywords
hours
crude product
mixture
cage
stirring
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202211104322.1A
Other languages
English (en)
Inventor
�金钟
王淼
李佳睿
铁祚庥
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Chuzhou Jixin New Energy Technology Co ltd
Suzhou Tierui New Energy Technology Co ltd
Tianchang New Materials And Energy Technology Research And Development Center Of Nanjing University
Zhenjiang Sode New Energy Technology Co ltd
Nanjing Tieming Energy Technology Co ltd
Original Assignee
Chuzhou Jixin New Energy Technology Co ltd
Suzhou Tierui New Energy Technology Co ltd
Tianchang New Materials And Energy Technology Research And Development Center Of Nanjing University
Zhenjiang Sode New Energy Technology Co ltd
Nanjing Tieming Energy Technology Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Chuzhou Jixin New Energy Technology Co ltd, Suzhou Tierui New Energy Technology Co ltd, Tianchang New Materials And Energy Technology Research And Development Center Of Nanjing University, Zhenjiang Sode New Energy Technology Co ltd, Nanjing Tieming Energy Technology Co ltd filed Critical Chuzhou Jixin New Energy Technology Co ltd
Priority to CN202211104322.1A priority Critical patent/CN115611905A/zh
Publication of CN115611905A publication Critical patent/CN115611905A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07DHETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D487/00Heterocyclic compounds containing nitrogen atoms as the only ring hetero atoms in the condensed system, not provided for by groups C07D451/00 - C07D477/00
    • C07D487/22Heterocyclic compounds containing nitrogen atoms as the only ring hetero atoms in the condensed system, not provided for by groups C07D451/00 - C07D477/00 in which the condensed system contains four or more hetero rings
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/38Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals
    • B01J23/54Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals combined with metals, oxides or hydroxides provided for in groups B01J23/02 - B01J23/36
    • B01J23/56Platinum group metals
    • B01J23/60Platinum group metals with zinc, cadmium or mercury
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C06EXPLOSIVES; MATCHES
    • C06BEXPLOSIVES OR THERMIC COMPOSITIONS; MANUFACTURE THEREOF; USE OF SINGLE SUBSTANCES AS EXPLOSIVES
    • C06B25/00Compositions containing a nitrated organic compound
    • C06B25/34Compositions containing a nitrated organic compound the compound being a nitrated acyclic, alicyclic or heterocyclic amine

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)

Abstract

本申请公开了一种基于单原子催化剂高效合成CL‑20高含能笼状化合物的方法,将乙酰丙酮钯和乙酰丙酮锌混合物加入商业搅拌罐里,研磨搅拌10小时后,高温煅烧2小时,制得ZnO/Pd催化剂;乙腈和水作为溶剂,依次加入苄胺和甲酸,搅拌20min后用恒压滴液漏斗滴加乙二醛水溶液;过滤反应物,并用50mL冷乙腈分两次洗涤滤饼,抽滤干燥后得到稍带淡黄色的粗品;在圆底烧瓶中倒入制得的淡黄色粗品,加入丙酮,油浴锅加热搅拌,插入球形冷凝管,直至粗品全部溶解,静置降温,使粗品结晶;在常温下进行脱苄反应;与乙酸为溶液、N2O4为主体的亚硝解试剂常温下反应2‑3小时;与混酸反应3小时,产物过滤、洗涤后,真空干燥箱烘干。

Description

一种基于单原子催化剂高效合成CL-20高含能笼状化合物的 方法
技术领域
本申请属于化学合成领域,尤其涉及一种基于单原子催化剂高效合成CL-20高含能笼状化合物的方法。
背景技术
笼状的硝基胺化合物具有高能量、高生成焓、高张力等特点一直受到国防和航空航天工业极大的关注。其中,六硝基六氮杂异伍兹烷CL-20凭借极为优异的性能,是迄今为止已经研制成功并可用于工业化生产的综合性能最好的单质含能材料,其密度为2.04g·cm-3,爆速为9580m·s-1,爆压达到45.2GPa。CL-20目前在高性能炸药配方、新一代重型武器炮弹发射药和火箭固体推进剂方面已经有着重要的应用。但是目前的主要瓶颈是CL-20过于昂贵的生产成本严重制约着大规模实用化。
CL-20不断改进生产工艺,目前大致分为4步,见下式:1.苄胺与乙二醛缩合为六苄基六氮杂异伍兹烷(HBIW);2.HBIW的脱苄,即将HBIW上的六个苄基部分或全部转化为易硝化的官能团,如乙酰基;3.脱苄产物继续硝解制备HNIW(CL-20);4.HNIW的转晶,即将硝解生成的HNIW转晶为实用性更强的晶型。这个工艺过程对溶剂处理的要求高,成本高,尤其是第二步脱苄合成TAIW等化合物的成本大约占到总成本的1/2以上,且需要贵金属Pd/C催化剂(Pd的担载量为5wt.%左右)。因此,对催化剂的优化和改进因最能有效地降低生产成本而成为亟待攻克的问题。
Figure BDA0003840864370000011
单原子催化和团簇催化近些年来是异相催化领域的热点,活性位点为分散均匀的单个原子或团簇可显著提高贵金属催化剂原子利用率和反应活性,理论原子利用率高达100%,性能和成本优于传统催化剂,在有机合成、电催化等领域受到广泛关注。然而,单原子催化在含能材料领域仍鲜有报道。
发明内容
解决的技术问题:本申请提供了一种基于单原子催化剂高效合成CL-20高含能笼状化合物的方法,解决了由于CL-20的生产成本过于昂贵,无法大规模量产运用等技术问题。
技术方案:
一种基于单原子催化剂高效合成CL-20高含能笼状化合物的方法,包括如下具体步骤:
S1制备单原子催化剂:将重量比为1:400的乙酰丙酮钯和乙酰丙酮锌混合物平均加入到4种容量为100ml的商业搅拌罐里,研磨搅拌10小时后,将研磨后的物料在空气中以400℃高温煅烧2小时,制得ZnO/Pd催化剂;
S2进行醛胺缩合反应:在容量为100mL的三口烧瓶中加入42mL乙腈和4.2ml水作为溶剂,依次加入5g苄胺和0.22g甲酸,搅拌20min后用恒压滴液漏斗滴加3.05g浓度为40%的乙二醛水溶液,乙二醛滴加量达到1/3时有白色固体析出,全部滴加时间保持在10分钟;在反应物全部加入后,随着反应的进行反应器内固体产物逐渐变为黄色;滴加过程中反应液温度不超过25℃,滴加完毕后,在室温下反应20h,反应过程中的pH=9.5;最后过滤反应物,并用50mL冷乙腈分两次洗涤滤饼,抽滤干燥后得到稍带淡黄色的粗品,称量后质量为3.168g;
S3精制:在容量为100ml的圆底烧瓶中倒入步骤S2制得的淡黄色粗品1.21g,加入30ml丙酮,将其溶解,油浴锅加热搅拌,然后插入球形冷凝管,加热保持温度在65℃,等待冷凝回流,直至粗品全部溶解,关闭开关,在10℃下降温、遮光静置12h使粗品结晶,过滤,晾干,称量,置入真空干燥箱存放;
S4进行脱苄反应:乙酸酐/乙酸按照1:1的体积比例配置成50ml混合溶液,在氢气条件下向混合溶液中加入步骤S1制得的ZnO/Pd催化剂,在常温下进行脱苄反应;
S5硝解:以10mL乙酸溶液为反应液,并往反应液中通入十五分钟N2O4气体形成的饱和溶液为主体的亚硝解试剂,常温下反应2-3小时;之后往反应液中加入混酸10mL为硝解试剂,升温到80℃,反应3小时,产物过滤、去离子水多次洗涤后,放入真空干燥箱40℃烘干10小时得到产物。
进一步地,步骤S2所述苄胺的密度等于1g/ml;所述甲酸的密度为1.2g/ml;所述乙二醛水溶液密度为1.265g/ml,乙二醛滴加量达到1.017g时有白色固体析出。
进一步地,步骤S2所述过滤采用砂芯漏斗和锥形瓶进行抽滤。
进一步地,步骤S2所述两次洗涤滤饼为先将步骤S2过滤后得到的反应物倒到烧瓶中,然后倒到漏斗里,再用滴管吸取乙腈润洗漏斗周围。
进一步地,步骤S5所述的乙酸溶液浓度为99%;所述的混酸由浓硝酸和浓硫酸按1:2的体积比混合而成。
有益效果:
本申请采用单原子催化剂策略参与进了催化合成CL-20高含能笼状化合物,通过球磨-高温烧结法宏量制备了ZnO负载单原子Pd催化剂,进一步借由单原子催化剂高活性催化界面以及高原子利用率而成功、高效地制备出了笼状CL-20,能够极大幅度降低生产成本,提高合成效率,有利于大规模生产应用。
附图说明
图1为本申请的氧化锌负载的单原子钯催化剂的宏量制备及其结构和成分表征图,其中左图:公斤级负载型Pd催化剂产品实物图;右上图:催化剂样品的高分辨表征图;右下图:催化剂样品的X射线吸收近边结构技术表征图;
图2为本申请笼状CL-20的空间原子结构示意图;
图3为本申请制得的CL-20的傅里叶变换红外光谱;
图4为本申请制得的CL-20的核磁共振氢谱图;
图5为本申请制得的CL-20的质谱图。
具体实施方式
下面的实施例可使本专业技术人员更全面地理解本申请,但不以任何方式限制本申请。
实施例1
一种基于单原子催化剂高效合成CL-20高含能笼状化合物的方法,包括如下具体步骤:
S1制备单原子催化剂:将重量比为1:400的乙酰丙酮钯和乙酰丙酮锌混合物平均加入到4种容量为100ml的商业搅拌罐里,研磨搅拌10小时后,将研磨后的物料在空气中以400℃高温煅烧2小时,制得ZnO/Pd催化剂;
S2进行醛胺缩合反应:在容量为100mL的三口烧瓶中加入42mL乙腈和4.2m水作为溶剂,依次加入5g苄胺和0.22g甲酸,搅拌20min后用恒压滴液漏斗滴加3.05g浓度为40%的乙二醛水溶液,乙二醛滴加量达到1/3(即1.017g)时有白色固体析出,全部滴加时间保持在10分钟;在反应物全部加入后,随着反应的进行反应器内固体产物逐渐变为黄色;滴加过程中反应液温度不超过25℃,滴加完毕后,在室温下反应20h,反应过程中的pH=9.5;最后过滤反应物,并用50mL冷乙腈分两次洗涤滤饼,抽滤干燥后得到稍带淡黄色的粗品,称量后质量为3.168g。
S3精制:在容量为100ml的圆底烧瓶中倒入步骤S2制得的淡黄色粗品1.21g,加入约30ml丙酮,将其溶解,油浴锅加热搅拌,然后插入球形冷凝管,加热保持温度在65℃,等待冷凝回流,直至粗品全部溶解,关闭开关,在10℃下降温、遮光静置12h使粗品结晶,过滤,晾干,称量,置入真空干燥箱存放。
S4进行脱苄反应:乙酸酐/乙酸按照1:1的体积比例配置成50ml混合溶液,在氢气条件下向混合溶液中加入步骤S1制得的ZnO/Pd催化剂,在常温下进行脱苄反应;
S5硝解:以10mL乙酸溶液为反应溶液,并往反应液中通入十五分钟N2O4气体形成的饱和溶液为主体的亚硝解试剂,常温下反应2-3小时;之后往反应液中加入10mL混酸为硝解试剂,升温到80℃,反应3小时,产物过滤、去离子水多次洗涤后,放入真空干燥箱40度烘干10小时得到产物。
步骤S2所述苄胺的密度约等于1g/ml;所述甲酸的密度为1.2g/ml;所述乙二醛水溶液密度为1.265g/ml。
步骤S2所述过滤采用砂芯漏斗和锥形瓶进行抽滤。
步骤S2所述两次洗涤滤饼为先将步骤S2过滤后得到的反应物倒到烧瓶中,然后倒到漏斗里,再用滴管吸取乙腈润洗漏斗周围。
步骤S5所述的乙酸溶液浓度为99%;所述的混酸由浓硝酸和浓硫酸按1:2的体积比例混合而成。

Claims (5)

1.一种基于单原子催化剂高效合成CL-20高含能笼状化合物的方法,其特征在于,包括如下具体步骤:
S1制备单原子催化剂:将重量比为1:400的乙酰丙酮钯和乙酰丙酮锌混合物平均加入到4种容量为100ml的商业搅拌罐里,研磨搅拌10小时后,将研磨后的物料在空气中以400℃高温煅烧2小时,制得ZnO/Pd催化剂;
S2进行醛胺缩合反应:在容量为100mL的三口烧瓶中加入42mL乙腈和4.2ml水作为溶剂,依次加入5g苄胺和0.22g甲酸,搅拌20min后用恒压滴液漏斗滴加3.05g浓度为40%的乙二醛水溶液,乙二醛滴加量达到1/3时有白色固体析出,全部滴加时间保持在10分钟;在反应物全部加入后,随着反应的进行反应器内固体产物逐渐变为黄色;滴加过程中反应液温度不超过25℃,滴加完毕后,在室温下反应20h,反应过程中的pH=9.5;最后过滤反应物,并用50mL冷乙腈分两次洗涤滤饼,抽滤干燥后得到稍带淡黄色的粗品,称量后质量为3.168g;
S3精制:在容量为100ml的圆底烧瓶中倒入步骤S2制得的淡黄色粗品1.21g,加入30ml丙酮,将其溶解,油浴锅加热搅拌,然后插入球形冷凝管,加热保持温度在65℃,等待冷凝回流,直至粗品全部溶解,关闭开关,在10℃下降温、遮光静置12h使粗品结晶,过滤,晾干,称量,置入真空干燥箱存放;
S4进行脱苄反应:乙酸酐/乙酸按照1:1的体积比例配置成50ml混合溶液,在氢气条件下向混合溶液中加入步骤S1制得的ZnO/Pd催化剂,在常温下进行脱苄反应;
S5硝解:以10mL乙酸溶液为反应液,并往反应液中通入十五分钟N2O4气体形成的饱和溶液为主体的亚硝解试剂,常温下反应2-3小时;之后往反应液中加入混酸10mL为硝解试剂,升温到80℃,反应3小时,产物过滤、去离子水多次洗涤后,放入真空干燥箱40℃烘干10小时得到产物。
2.根据权利要求1所述的一种基于单原子催化剂高效合成CL-20高含能笼状化合物的方法,其特征在于:步骤S2所述苄胺的密度等于1g/ml;所述甲酸的密度为1.2g/ml;所述乙二醛水溶液密度为1.265g/ml,乙二醛滴加量达到1.017g时有白色固体析出。
3.根据权利要求1所述的一种基于单原子催化剂高效合成CL-20高含能笼状化合物的方法,其特征在于:步骤S2所述过滤采用砂芯漏斗和锥形瓶进行抽滤。
4.根据权利要求1所述的一种基于单原子催化剂高效合成CL-20高含能笼状化合物的方法,其特征在于:步骤S2所述两次洗涤滤饼为先将步骤S2过滤后得到的反应物倒到烧瓶中,然后倒到漏斗里,再用滴管吸取乙腈润洗漏斗周围。
5.根据权利要求1所述的一种基于单原子催化剂高效合成CL-20高含能笼状化合物的方法,其特征在于:步骤S5所述的乙酸溶液浓度为99%;所述的混酸由浓硝酸和浓硫酸按1:2的体积比混合而成。
CN202211104322.1A 2022-09-09 2022-09-09 一种基于单原子催化剂高效合成cl-20高含能笼状化合物的方法 Pending CN115611905A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211104322.1A CN115611905A (zh) 2022-09-09 2022-09-09 一种基于单原子催化剂高效合成cl-20高含能笼状化合物的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211104322.1A CN115611905A (zh) 2022-09-09 2022-09-09 一种基于单原子催化剂高效合成cl-20高含能笼状化合物的方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN115611905A true CN115611905A (zh) 2023-01-17

Family

ID=84859605

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202211104322.1A Pending CN115611905A (zh) 2022-09-09 2022-09-09 一种基于单原子催化剂高效合成cl-20高含能笼状化合物的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN115611905A (zh)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5739325A (en) * 1995-12-07 1998-04-14 Thiokol Corporation Hydrogenolysis of 2,4,6,8,10,12-Hexabenzyl-2,4,6,8,10,12-Hexaazatetracyclo 5.5.0.05,9.03,11 !dodecane
CN106946894A (zh) * 2017-04-10 2017-07-14 中国科学院上海有机化学研究所 钯基双金属催化剂在hbiw催化氢解反应中的应用
CN107353293A (zh) * 2016-07-28 2017-11-17 湖北航天化学技术研究所 一种三步反应制备cl‑20的方法
RU2641694C1 (ru) * 2016-12-14 2018-01-22 Акционерное общество "Федеральный научно-производственный центр "Алтай" Способ получения катализатора и способ его применения для многократного использования в промышленном процессе двухстадийного гидрогенолиза при производстве 2,4,6,8,10,12-гексанитро-2,4,6,8,10,12-гексаазатетрацикло[5,5,0,03,11,05,9]додекана
CN113210000A (zh) * 2021-05-07 2021-08-06 北京理工大学 Pd/g-C3N4NS催化剂在HBIW氢解反应中的应用
CN113368843A (zh) * 2021-05-12 2021-09-10 上海工程技术大学 一种cl-20合成用钛酸锶负载钯催化剂及其制备应用
CN113731465A (zh) * 2021-08-31 2021-12-03 浙江工业大学 一种Pd/N-CNTs催化剂及其制备方法与应用

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5739325A (en) * 1995-12-07 1998-04-14 Thiokol Corporation Hydrogenolysis of 2,4,6,8,10,12-Hexabenzyl-2,4,6,8,10,12-Hexaazatetracyclo 5.5.0.05,9.03,11 !dodecane
CN107353293A (zh) * 2016-07-28 2017-11-17 湖北航天化学技术研究所 一种三步反应制备cl‑20的方法
RU2641694C1 (ru) * 2016-12-14 2018-01-22 Акционерное общество "Федеральный научно-производственный центр "Алтай" Способ получения катализатора и способ его применения для многократного использования в промышленном процессе двухстадийного гидрогенолиза при производстве 2,4,6,8,10,12-гексанитро-2,4,6,8,10,12-гексаазатетрацикло[5,5,0,03,11,05,9]додекана
CN106946894A (zh) * 2017-04-10 2017-07-14 中国科学院上海有机化学研究所 钯基双金属催化剂在hbiw催化氢解反应中的应用
CN113210000A (zh) * 2021-05-07 2021-08-06 北京理工大学 Pd/g-C3N4NS催化剂在HBIW氢解反应中的应用
CN113368843A (zh) * 2021-05-12 2021-09-10 上海工程技术大学 一种cl-20合成用钛酸锶负载钯催化剂及其制备应用
CN113731465A (zh) * 2021-08-31 2021-12-03 浙江工业大学 一种Pd/N-CNTs催化剂及其制备方法与应用

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
WEI ZHAO,等: "Ultrasmall Pd Nanoparticles Supported on TiO2 for Catalytic Debenzylation via Hydrogenative C-N Bond Cleavage", ACS APPL. NANO MATER., vol. 4, pages 159 - 166 *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11584729B2 (en) Hydrophobic palladium/metal organic framework material, preparation method thereof, and application therefor for use in synthesizing 2,5-dimethylfuran
CN112121863B (zh) 一种催化转移加氢的催化剂及其制备方法与应用
CN111217712B (zh) 一种由苯胺制备邻苯二胺的方法
CN113368843B (zh) 一种cl-20合成用钛酸锶负载钯催化剂及其制备应用
US9045449B2 (en) Method for the manufacture of furan compounds for renewable primary products
CN101455976A (zh) 草酸二甲酯加氢合成乙二醇中使用的高效催化剂及其制法
CN114272946B (zh) 一种石墨相氮化碳负载低自旋单原子Fe的多相催化剂、制备方法及催化方法
CN101830918A (zh) 一种多氮唑锌/镉框架材料的合成方法
CN105148923A (zh) 一种铜基加氢催化剂的制备方法
CN115611905A (zh) 一种基于单原子催化剂高效合成cl-20高含能笼状化合物的方法
CN108276312B (zh) 一种间氨基苯磺酸的制备方法
CN108722455B (zh) 一种钒磷氧催化剂的制备方法
CN103721744A (zh) 用于一步氧化酯化生产甲基丙烯酸甲酯的疏水催化剂及制备方法
CN111389445A (zh) 用于制备2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇双异丁酸酯的复合固体酸催化剂及制备方法
CN113663675A (zh) Edta辅助浸渍法制备镍基催化剂用于木质素还原解聚
CN115141075A (zh) 一种稠环芳烃一步加氢异构制烷基金刚烷的方法
CN111841587A (zh) 一种固体碱催化剂及其制备方法
CN107999073B (zh) 一种甲醛乙炔化反应催化剂的制备方法
CN114634542B (zh) 一种脱氢诺龙醋酸酯的制备方法
CN111672508B (zh) 一种用于对苯二甲酸二甲酯加氢制备1,4-环己烷二甲酸二甲酯的催化剂的制备及其应用
CN111939975B (zh) 催化烯烃直接制备1,2-二醇的双功能分子筛催化剂及应用
CN116273185B (zh) 一种固载化双功能催化剂及其在外环路反应工艺中制备环状碳酸酯的方法
CN115555051B (zh) 一种Pd/CuMOF-x复合材料催化剂、制备方法及其应用
CN116514688A (zh) 一种苯磺隆的合成工艺
CN114790154B (zh) 一种抗肿瘤药物伊马替尼中间体——(2-甲基-5-硝基苯基)胍硝酸盐的制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination