CS218703B1 - Sposob výroby l,3,5,7-tetranitro-l,3,5,7-tetraazacyklooktánu - Google Patents

Abstract

Vynález sa týká výroby 1,3,5,7-tetranitro- -1,3,5,7-tetraazacyklooktánu nitrolýzou 1,5-diacetyl-3,7-dinitro-1,3,5,7-tetraazacyklooktánu kyselinou dusičnou obsahujúcou oxid dusičný, pričom podmienky reakcie sa upravujú prídavkom dusičnanu amonného, čo má za následok zvýšenie výťažnosti a bezpečnosti procesu. Vynález je možné výhodné využívat’ pri výrobě titulnej substancie vychádzajúcej z 1,5-diacetyl- -3,7-dinitro-l,3,5,7-tetraazacyklooktánu

Description

3

Vynález sa týká výroby 1,3,5,7-tetranitro-1,3,5,7-tetraazacyklooktánu nitrolýzou 1,5-diace-tyl-3,7-dinitro-l,3,5,7-tetraazacyklooktánu kyse-linou dusičnou, obsahujúcou oxid dusičný; pričompodmienky reakcie sú volené tak, že priaznivoovplyvňujú ekonomiku procesu. Běžný spósob výroby l,3,5,7-tetranitro-l,3,5,7--tetraazacyklooktánu, nazývaného tiež oktogén,označovaného tiež kodom HMX, spočívá v nitrolý-ze hexametyléntetramínu a/alebo 1,5-endomety-Ién-3,7-difiitro-l,3,5,7-tetraazacyklooktánu (bib-liografia E. Ju. Orlova: Oktogen — termostojkoevzryvčatoe veščestvo, Izdat. Nedra, Moskva,1978). V poslednom desaťročí sa však pozornost’čoraz váčšou mierou upriamuje na procesy, ktorý-mi sa oktogén získává cez l,5-dialkanoyl-3,7-en-dometylén-1,3,5,7-tetraazacyklooktány; ich pří-prava je popísaná napr. v V. I. Siele, M. Warmana E. E. Gilbert: J. Heterocycl. Chem. 197411,237;USA pat. 3 850 923 a 3 849 414.

Velmi atraktívnym spósobom výroby sa javímetoda syntézy oktogénu, vychádzajúca z 1,5-di-acetyl-3,7-dinitro-l,3,5,7-tetraazacyklooktánuako medziproduktu (USA pat. 3 939 148). Tentomedziprodukt rezultuje z hexametyléntetramínuvo výťažkoch 91 až 98 % oproti teorii (USApat. 3 850 923 a 3 926 953); jeho kódové označe-nie je DADN. Nitrolýza l,5-diacetyl-3,7-dinitro--1,3,5,7-tetraazacyklooktánu kyselinou dusičnou,obsahujúcou až 50 % hmot. oxidu dusičného,v závislosti od reakčných podmienok a v nemalejmiere aj od zdroja oxidu dusičného, poskytujeoktogén v 41 až 98 % oproti teorii (USA pat.3 939 148). Nevýhodou tohto známého postupunitrolózy 1,5 -diacetyl-3,7-dinitro-1,3,5,7-tetra- azacyklooktánu je fakt, že pre zabezpečenie vyso-ké j výťažnosti oktogénu je nutné aplikovat’ čerstvodestilovaná kyselinu dusičná bezvodú vo veTkompřebytku oproti teorii (USA pat. 3 939 148). Taknapr. pre získanie 1 hmot. dielu oktogénu100%-nej čistoty a vo výťažku 98 % oproti teorii jepotřeba 34,5 hmot. dielu čerstvo destilovanejbezvodej kyseliny dusičnej a 11.50 hmot. dieluoxidu fosforečného. Hlavnou vedfajšou reakciounitrolýzy l,5-diacetyl-3,7-dinitro-l,3,5,7-tetra-azacyklooktánu je štiepenie 1,3,5-tetraazacyklo-oktánového skeletu. Okrem reakčných podmienokv obecnom zmysle slova jé priebeh tejto nežiadúcejreakcie závislý i na druhu zdroja oxidu dusičného(kombinácia kyseliny dusičnej a oxidu fosforečné-ho alebo oxjdu sírového alebo anhydridu kyselinytrifluóroctovej alebo roztok oxidu dusičného v ky-selině dusičnej alebo v nitrometáne, USA pat.3 939 148).

Nežiadúci zánik 1,3,5,7-tetraaazacyklooktáno-vého skeletu je možné potlačit’ prídavkom kompo-nentu, schopného jednak vystupovat’ v acidolytic-kých rovnováhách na straně produktov, jednak 218703 vykazuj úceho voči oxidom dusíka vyššiu afinitu než nitrolyzovaná substancia. Pódia tohto vynálezu spósob výroby 1,3,5,7-tet-ranitro-1,3,5,7-tetraazacyklooktánu nitračnýmštiepením l,5-diacetyl-3,7-dinitro-l,3,5,7-tetra-azacyklooktánu kyselinou dusičnou obsahujúcouoxid dusičný uskutočňuje sa tak, že proces nitrolý-zy prebieha za přítomnosti dusičnanu amonnéhodo reakčného systému přidávaného v množstve0,05 až 20,0 % hmot., s výhodou 5 až 15 % hmot.,počítané na hmotnost’ do reakcie braného 1,5-di-acetyl-3,7-dinitro-l,3,5,7-tetraazacyklooktánu. Výhodou postupu podlá tohto vynálezu je táskutečnost’, že sa nevyžaduje čerstvo destilovanáa bezvodá kyselina dusičná s umožněním dosiahnu-tia výťažnosti oktogénu vysokej čistotoy okolo89 % oproti teorii při zníženom množstve nitračne jzmesi.

Vedla uvedeného ekonomického účinku je vý-hodou tohto vynálezu potenciálna možnost’ zvýše-nia bezpečnosti procesu, nakolko dusičnan amon-ný zvyšuje stabilitu nitrolyzačných zmesí (čs. pat.97 100; V. Kadeřábek a J. Denkstein: Coll. Czech.Chem. Commun. 1960, 25, 1070; čs. autorskéosvedčenie...... = PV 7398-79).

Nový a vyšší účinok, dosahovaný v zmysle tohtovynálezu nebol v literatúre doposial popísaný a jedokumentovaný nasledujúcimi príkladmi. Příklad 1 210 obj. dielov kyseliny dusičnej 97,15%-nejs obsahom pod 0,2 % hmot. analytickej kyselinydusitej (t. j. 307 hmot. dielov kyseliny dusičnej akobezvodej) sa za stálého miešania ochladí na—10 °C. Do vychladeného systému sa postupnévnáša 120 hmot. dielov oxidu fosforečného tak,aby teplota rezultujúcej zmesi neprestúpila 40 °C.Potom sa jednorázovo do tejto nitračnej zmesi zamiešania a bez chladenia vnesie 30 hmot. dielov1,5 -diacetyl-3,7-dinitro-1,3,5,7-tetraazacyklook-tánu a teplota zmesi sa prihriatim v priebehu 4 až7 minút upraví na 58 až 62 °C, v tomto teplotnomrozmedzí sa reakčná zmes udržuje po dobu 20minút. Po tejto době, bezpredchádzajúcehoochla-denia, sa reakčná zmes naleje do 500 obj. dielovmiešanej studenej vody a vzniknutá suspenzia saprivedie do varu a udržiava sa v ňom tak dlho,pokial sa nezastaví vývin oxidov dusíka. Poochladení suspenzie na 18 až 25 °C sa oktogénizoluje filtráciou, na filtri sa premýva vodou doneutrálnej reakcie filtrátu a suší sa pri teplote 90 až95 °C. U suchého produktu sa stanoví teplotatopenia. Tento základný postup sa niekokolkokrátopakuje s tým, že spolu s l,5-diacetyl-3,7-dinitro--1,3,5,7-tetraazacyklooktánom je vždy vnesenéurčité množstvo dusičnanu amonného; výsledkyprezentuje následujúca tabulka číslo 1: 4

Tabulka 1 ' .218703

Množstvo dusičnanu amónneho Výťažok HMX Teplota topeniaHMXv°C hmot. diely hmot. % nanávažok DADN hmot. diely % oproti teórii 0,00 0,00 22,00 71,86 282,0—283)0 0,02 0,10 22,05 72,01 282,0—283,0 0,50 1,66 22,81 74,50 282,0—283,0 1,00 3,33 23,50 76,80 282,5—283,0 2,00 6,66 24,59 80,36 282,5—283,0 3,00 10,00 25,00 cca 81,67 283,5—285,0 6,00 20,00 21,22 cca 69,25 h 285,0—285,5

Poznámka: 1 na základe tenkovrstvej chromatografie (Silufol UV 254) v sústave aceton — cyklohexánje v produkte dokázaný východzí l,5-diacetyl-3,7-dinitro-l,3,5,7-tetraazacyklooktán.

Zo závislosti výťažnosti na množstve vnášanéhodusičnanu amonného do reakčného sytému jezjavné, že najvyššia výťažnosť, t. j. 81,7 % oprotiteorii surového oktogénu sa dosiahne prídavkom10,5 % hmot. dusičnanu amonného na návažokl,5-diacetyl-3,7-diniťro-l,3,5,7-tetraazacyklook-tánu. VzhTadom na to, že za daných podmienokreakcie přídavky nad 10 % hmot. dusičnanu amon-ného na návažok DADN dávajú oktogén s obsa-hom východzej substancie (odhadom pod 5 %hmot.), je pre posúdenie spotřeby surovin v rámcitohto příkladu uvažovaná výťažnosť 81 % oktogé-nu oproti teórii, dosahovaná prídavkóm 7,8 %hmot. dusičnanu amonného, počítané na návažokDADN: za uvedených podmienok je pre získanie1 hmot. diela čistého oktogénu třeba 12,71 hmot. diela 97,15%-nej kyseliny dusičnej (t. j. 12,35hmot. diela kyseliny dusičnej bezvodej), 4,84hmot. diela oxidu fosforečného a 0,094 hmot. dieladusičnanu amonného. Příklad 2

Postupuje sa ako v příklade 1, avšak s týmrozdielom, že je použitá navážka l,5-diacetyl-3,7--dinitro-l,3,5,7-tetraazacyklooktánu v množstve20 hmot. dielov a doba reakcie v teplotnomrozmedzí 53 až 58 °C je 30 minút. Dusičnanamonný sa do nitračnej zmesi vnáša před vlastnýmdávkováním l,5-diacetyl-3,7-dinitro-l,3,5,7-tet-raazacyklooktánu. Výsledky prezentuje nasledujúca tabuTka 2.

Tabulka 2

Množstvo dusičnanu amónneho Výťažok HMX Teplota topeniaHMX v °C hmot. diely hmot. % nanávažok DADN hmot. diely % oproti teórii 0,00 0,00 17,00 83,30 280,0—283,0 0,25 1,25 17,25 84,52 282,0—283,0 0,50 2,50 17,50 85,75 282,5—238,0 1,00 5,00 18,01 88,20 282,5—283,0 1,50 7,50 18,30 89,67 283,0—283,5 2,00 10,00 17,95 cca 87,95 k 284,0—284,5 3,40 17,00 16,50 cca 80,85 + 284,0—285,0

Poznámka: na základe tenkovrstvovej chromatografie (Silufol UV 254) v sústave aceton — cyklo-hexán je v produkte dokázaný východzí l,5-diacetyl~3,7-dinitro-l,3,5,7-tetraazacyklooktán (DADN)a stopy l-acetyl-3,5,7-trinitro-l,3,5,7-tetraazacyklooktán (SEX) v celkovom množstve pod 5 % hmot.

Spotřeba surovin pre maximálnu výťažnosť, t. j.pre 89,67 % oktogénu oproti teórii, na 1 hmot. dielčistého oktogénu je 17,23 hmot. dielov kyselinydusičnej 97,15%-nej (t. j. 16,74 hmot. dielovkyseliny dusičnej ako bezvodej), 6,55 hmot. dielovoxidu fosforečného a 0,082 hmot. dielov dusičnanuamonného.

Zo závislosti výťažnosti na množstve dusičnanuamonného v reakčnom systéme je zřejmé, ževýťažnosti bez přídavku dusičnanu amonného jeekvivalentná výťažnosť s prídavkom 15 % hmot.dusičnanu amónneho, spočítané na východzí 1,5--diacetyl-3,7-dinitro-1,3,5,7-tetraazacyklo-oktán.

Claims (1)

1. 5 PREDMET Spósob výroby l,3,5,7-tetranitro-l,3,5,7-tetra-azacyklooktánu nitračným štiepením 1,5-diacetyl--3,7-dinitro-1,3,5,7-tetraazacyklooktánu kyseli-nou dusičnou, obsahujúcou oxid dusičný, vyznaču-júci sa tým, že proces nitrolýzy sa uskutočňuje VYNALEZU 218703 v přítomnosti dusičnanu amonného do reakčnéhosystému přidávaného v množstve 0,05 až 20,0 %hmot., s výhodou 5 až 15 % hmot., počítané nahmotnost’ do reakcie braného l,5-diacetyl-3,7-di-nitro-1,3,5,7 -tetraazacyklooktánu.