CS238440B1

CS238440B1 - 1,3,5,7-tetranitro-1,3,5,7-tetraazacyclooctane production method

Info

Publication number: CS238440B1
Application number: CS1000783A
Authority: CS
Inventors: Milan Dimun; Svatopluk ZEMAN; Stefan Truchlik; Viera Kabatova; Dusan Belko
Original assignee: Milan Dimun; Svatopluk ZEMAN; Stefan Truchlik; Viera Kabatova; Dusan Belko
Priority date: 1983-12-27
Filing date: 1983-12-27
Publication date: 1985-11-13

Abstract

Vynález pojednává o výrobě 1,3,5,7-tetranltro-l,3,5,7-tetraazacyklooktánu, zvaného oktogén, nitračným štiepením 1,5-diacetyl- -3,7-din'tro-l,3,5,7-tetraazacyklooktánu, označovaného kódom DADN, kyselinou dusičnou s obsahom oxidu dusičného, pričom je do reakčného systému přidávaný dusičnan močoviny v množstve 0,5 až 10 % hmot. na hmotnost východiskového DADN. Postup je použitelný vo výrobě oktogénu ako aj pri vývoji nových postupov výroby tejto substancie.The present invention relates to the preparation of 1,3,5,7-tetranltro-1,3,5,7-tetraazacycloctane, called octogen, by nitration of 1,5-diacetyl- -3,7-dinitro-1,3,5,7-tetraazacycloctane, designated with DADN, nitric acid with a nitric oxide content, up to urea nitrate added to the reaction system in an amount of 0.5 to 10 wt. on weight of starting DADN. The procedure is applicable in the production of octogen as well as in the development of new production processes of this substance.

Description

Vynález sa týká sposobu výroby 1,3,5,7-tetranitro-l,3,5,7-totraazacyklooktánu nitrolýzou l,5-diacetyl-3,7-clinitro-l,3,5,7-tetraazacyklooktánu kyselinou dusičnou, obsahujúcou oxid dusičný a za přítomnosti dusičnanu močoviny v reakčnej zmesi.The present invention relates to a process for the preparation of 1,3,5,7-tetranitro-1,3,5,7-totraazacyclooctane by nitrolysis of 1,5-diacetyl-3,7-clinitro-1,3,5,7-tetraazacyclooctane with nitric acid containing nitric oxide and in the presence of urea nitrate in the reaction mixture.

Běžný sposob výroby 1,3,5,7-tetranitro-l,3,5,7-tetraazacyklooktánu, označovaného kódom HMX a bežne nazývaný oktogén, spočívá v nitrolýze hexametyléntetramínu a/alebo l,5-metano-3,7-dinitro-l,3,5,7-tetraazacyklooktánu (bibliografiu vid E. Ju. Orlova: Oktogen — termostojkoe vzryvčatoe veščestvo; Izdat. Nedra, Moskva, 1978]. V poslednom desaťročí sa však čoraz váčšou mierou pozornost upriamuje na procesy, ktorými sa oktogén získává cez l,5-dialkanoyl-3,7-metano-l,3,5,7-tetraazacyklooktány; ich příprava je například popísaná v prácach: V. I. Siele, M. Warmann a E. E. Gilbert: J. Heterocykl. Chem. 1974, 11, 237; U. S. patent čís. 3 850 923 a 3 849 414.A common process for the production of 1,3,5,7-tetranitro-1,3,5,7-tetraazacyclooctane, designated HMX and commonly called octogen, consists in nitrolysis of hexamethylenetetramine and / or 1,5-methano-3,7-dinitro- 1,3,5,7-tetraazacycloctan (bibliography see E. Ju. Orlova: Oktogen - termostojkoe vzryvčatoe vščestvo; Izdat. Nedra, Moscow, 1978). via 1,5-dialkanoyl-3,7-methano-1,3,5,7-tetraazacyclooctanes, the preparation of which is described, for example, in VI Siele, M. Warmann and EE Gilbert: J. Heterocycle, Chem. 1974, 11 U.S. Patent Nos. 3,850,923 and 3,849,414.

Velmi atraktivnym spósobom výroby sa javi metoda syntézy oktogénu, vychádzajúca z l,5-diacetyl-3,7-dinitro-l,3,5,7-tetraazacyklooktánu ako medziproduktu (U. S. patent č. 3 939 148). Tento medziprodukt rezultuje z z hexametyléntetramínu cez l,5-diacetyl-3,7-metano-l,3,5,7-tetraazacyklooktán vo výťažkoch 91 až 98 % oproti teorii (U. S. patent č. 3 850 923 a 3 926 953); jeho kódové označenie je DADN. Nitrolýza l,5-diacetyl-3,5-dinitro-l,3,5,7-tetraazacyklooktánu kyselinou dusičnou, obsahujúcou až 50 % hmot. oxidu dusičného, v závislosti od reakčných podmienok a v malej miere aj od zdroja oxidu dusičného, poskytuje oktogén v 41 až 98 % výtažku oproti teorii (U. S. patent č. 3 939 148).A very attractive method of production is the method of octogen synthesis starting from 1,5-diacetyl-3,7-dinitro-1,3,5,7-tetraazacycloctane as an intermediate (U.S. Patent No. 3,939,148). This intermediate results from hexamethylenetetramine via 1,5-diacetyl-3,7-methano-1,3,5,7-tetraazacyclooctane in yields of 91-98% over theory (U.S. Patent Nos. 3,850,923 and 3,926,953); its codename is DADN. Nitrolysis of 1,5-diacetyl-3,5-dinitro-1,3,5,7-tetraazacyclooctane with nitric acid containing up to 50 wt. nitric oxide, depending on the reaction conditions and, to a lesser extent, the nitric oxide source, provides octogen in 41 to 98% yield compared to theory (U.S. Patent No. 3,939,148).

Nevýhodou tohto známého postupu nitrolýzy l,5-diacetyl-3,7-dinitro-l,3,5,7-tetraazacyklooktánu je fakt, že pre zabezpečenie vysokej výťažnosti oktogénu je nutné aplikovat čersvto destilovánu kyselinu dusičnú bezvodú vo velkom přebytku oproti teorii (U. S. pat. č. 3 939 148). Tak například pre získanie 1 hmot, dielu oktogénu 100 °/o-nej čistoty a vo výtažku 98 % oproti teorii je potřeba 34,5 hmot. dielu čerstvo destilovanej bezvodej kyseliny dusičnej a 11,5 hmot. dielu oxidu fosforečného.A disadvantage of this known process for nitrolysis of 1,5-diacetyl-3,7-dinitro-1,3,5,7-tetraazacycloctocane is that it is necessary to apply fresh distilled nitric acid anhydrous in large excess over theory to ensure high octogen yield. No. 3,939,148). For example, 34.5 wt.% Are required to obtain 1 wt.% Of 100% octogen purity and 98% yield. % by weight of freshly distilled anhydrous nitric acid; % of phosphorus pentoxide.

Hlavnou vedlajšiou reakciou nitrolýzy 1,5-diacetyl-3,7-dinitro-l,3,5,7-tetraazacyklooktánu je štipenie 1,3,5,7-tetraazacyklooktánového skeletu. Okrem reakčných podmienok v obecnom slova zmysle je priebeh tejto nežiaducej reakcie závislý i na druhu zdroja oxidu dusičného (kombinácia kyseliny dusičnej a oxidu fosforečného alebo oxidu sírového alebo anhydridu trifluóroctovej kyseliny alebo roztok oxidu dusičného v kyselině dusičnej alebo v nitrometáne — U. S. pat. č. 3 939 148).The major side reaction of the nitrolysis of 1,5-diacetyl-3,7-dinitro-1,3,5,7-tetraazacyclooctane is the cleavage of the 1,3,5,7-tetraazacyclooctane skeleton. In addition to the reaction conditions in the general sense, the course of this adverse reaction also depends on the kind of nitric oxide source (a combination of nitric acid and phosphorus pentoxide or sulfur trioxide or trifluoroacetic anhydride or a solution of nitric oxide in nitric acid or nitromethane - US Pat. No. 3). 939 148).

Podta najnovších poznatkov je výťažnosť a bezpečnost' procesu štiepenia a/alebo nitrácie amínov, ich derivátov a amidov, na cyklické nitramíny priaznivo ovplyvnená prítomnosťou niektorých aditiv (viď například čs. autorské osvedčenia č. 206 382, 213 509, 214 311, 218 703 a dalšie), ktoré tu figurujú v podstatě ako katalyzátory tretej generácie. V zmysle tohto vynálezu je výroba 1,3,5,7-tetranitro-l,3,5,7-tetraazacyklooktánu uskutočňovaná nitračným štiepením 1,5-diacetyl-3,7-dinitro-l,3,5,7-tetraazacyklooktánu kyselinou dusičnou, obsahujúcou oxid dusičný, za přítomnosti dusičnanu močoviny, přidávaného do reakčného systému v množstve 0,05 až 10,0 % hmot., počítané na hmotnsť do reakcie braného l,5-diacetyl-3,7-dinitro-l,3,5,7-tetraazacyklooktánu.According to the latest knowledge, the yield and safety of the process of cleavage and / or nitration of amines, their derivatives and amides to cyclic nitramines is favorably influenced by the presence of certain additives (see, for example, US Patent Nos. 206 382, 213 509, 214 311, 218 703 and others), which act here essentially as third generation catalysts. For the purposes of the present invention, the production of 1,3,5,7-tetranitro-1,3,5,7-tetraazacycloctoctan is accomplished by nitration of 1,5-diacetyl-3,7-dinitro-1,3,5,7-tetraazacycloctoctane by acid nitric oxide containing nitric oxide in the presence of urea nitrate added to the reaction system in an amount of 0.05 to 10.0% by weight, calculated on the weight of the reaction taken of 1,5-diacetyl-3,7-dinitro-1,3, Of 5,7-tetraazacyclooctane.

Výhodou postupu podta tohto vynálezu je tá skutočnosť, že sa nevyžaduje čerstvo destilovaná a bezvodá kyselina dusičná, pričom výíažnosť procesu je okolo 96 % teoretických technického oktogénu. Přítomnost dus čnanu močoviny obecne zvyšuje stabilitu nitrolyzačných zmesi, čo je ďalšou potenciálnou výhodou postupu podta tohto vynálezu.An advantage of the process of the present invention is that freshly distilled and anhydrous nitric acid is not required, and the recovery rate of the process is about 96% of theoretical technical octogen. The presence of urea nitrate nitrate generally increases the stability of the nitrolysis mixture, which is another potential advantage of the process of the invention.

Vyšší účinok, dosahovaný v zmysle tohto vynálezu, nebol doposial v literatúre popísaný; dokumentuje ho následující příklad, ktorý však žiadnom případe nevylučuje variabilitu sposobu výroby podta tohto vynálezu.The higher effect achieved in the sense of the present invention has not been described in the literature so far; it is illustrated by the following example, which in no way excludes the variability of the production method according to the invention.

PříkladExample

K 110 objem, dielom kyseliny dusičnej 98,1 %-nej s obsahom pod 0,3 % hmot. analytickej kyseliny dusitej, předložených v nitračnom aparáte, je za dobrého miešania a chladenia pod teplotu 29 °C vnesených 60 hmot. dielov oxidu fosforečného.K 110 volume, part by volume of nitric acid 98,1% with a content below 0,3% by weight of analytical nitric acid, presented in the nitration apparatus, 60 wt. parts of phosphorus pentoxide.

Potom je do tejto zmesi (roztoku) vnesených jednorázovo 10 hmot. dielov l,5-diacetyl-3,7-dinitro-l,3,5,7-tetraazacyklooktánu a teplota reakčnej zmesi je prihrievaním upravená opatrné na 59 až 61 °C, na ktorej je za miešania udržovaná 30 minút. Po tejto době je reakčná zmes naliata do 1000 objem, dielov vody 20 °C teplej a vylúčený produkt je z rezultujúcej suspenzie izolovaný filtráciou. Po premytí filtračného koláča do neutrálnej reakcie, čo je robené vodou, je produkt 3 hod. sušený při 90 až 95 °C. Rezultuje technický oktogén, ktorý je možné velmi malých množstiev vedla jších produktov zbavit zohrievaním v cca 70%-nej kyselině dusičnej.Thereafter, 10 wt. parts of 1,5-diacetyl-3,7-dinitro-1,3,5,7-tetraazacyclooctane and the temperature of the reaction mixture is carefully heated to 59-61 ° C, where it is kept under stirring for 30 minutes. After this time, the reaction mixture is poured into 1000 volumes, 20 parts of warm water and the precipitated product is isolated from the resulting suspension by filtration. After washing the filter cake to neutral with water, the product is dried at 90-95 ° C for 3 hours. This results in technical octogen which can be freed from very small amounts of by-products by heating in about 70% nitric acid.

Uvedený základný postup je niekoíko raz opakovaný tak, že v nitrolýze je aplikovaný l,5-diacetyl-3,7-dinitro-l,3,5,7-tetraazacyklooktán, obsahujúci vždy určité množstvo dusičnanu močoviny. Výsledky sú sústredené do tabelárneho prehl'adu, z ktorého je vidno, že maximálneho výtažku technického oktogénu je dosiahnuté 4 až 5%-ným prídavkom dusičnanu močoviny na hmotnost do reakcie braného 1,5-diacetyl-3,7-dinitró-l,3,5,7-tetraazacyklooktánu, maximálně j čistoty (prakticky čistého produktu) je potom dosiahnuté prídavkom 1,5 až 2,5 % hmot. menovaného aditiva na hmotnost východiskovej substancie.This basic process is repeated several times by applying 1,5-diacetyl-3,7-dinitro-1,3,5,7-tetraazacycloctocane containing nitrate nitrate in nitrolysis. The results are concentrated in a tabular overview showing that the maximum yield of technical octogen is achieved by a 4 to 5% addition of urea nitrate by weight to the reaction of 1,5-diacetyl-3,7-dinitrole-1,3. 5,7-tetraazacyclooctane, maximum purity (practically pure product) is then achieved by the addition of 1.5 to 2.5 wt. said additive to the weight of the starting substance.

Claims

Process for the preparation of 1,3,5,7-tetranitro-1,3,5,7-tetraazacyclooctane by nitration cleavage of 1,5-diacetyl-3,7-dinitro-1,3,5,7-tetraazacyclooctane with nitric oxide characterized in that the process of the invention of the roller is carried out in the presence of urea nitrate to the reaction system added in an amount of 0.5 to 10% by weight. by weight reacted 1,5-diacetyl-3,7-dinitro-1,3,5,7-tetraazacyclooctane.