DE102005011563A1 - Preparation of dihydrazinium compounds of 5,5'-azotetrazolate type, used in propellant, pyrotechnic formulation, rocket fuel or gas-generating composition, involves reacting alkali metal azotetrazole and hydrazinium salt in aqueous medium - Google Patents

Preparation of dihydrazinium compounds of 5,5'-azotetrazolate type, used in propellant, pyrotechnic formulation, rocket fuel or gas-generating composition, involves reacting alkali metal azotetrazole and hydrazinium salt in aqueous medium Download PDF

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Abstract

Preparation of a compound (I) of the dihydrazinium series of the 5,5'-azotetrazolate type with 0-2 hydrazinate and 0-1 hydrate groups comprises reacting alkali metal 5,5'-azotetrazolate (II) and hydrazinium salt (III) in an aqueous reaction medium.

Description

Die Erfindung betrifft die Herstellung von Explosivstoffen mit hohem Stickstoffgehalt.The This invention relates to the production of high-explosives Nitrogen content.

Die Salze der Reihe Dihydrazinium 5,5'-Azotetrazolat·x-Hydrazinat·y-Hydrat ([N2H5]2 +[N4C-N=N-CN4]2 -·xN2H4·yH2O, wobei: 0 ≤ x ≤ 2, 0 ≤ y ≤ 1) stellen stickstoffreiche energetische Verbindungen dar, die in Kombination mit diversen Oxidationsmitteln zur Herstellung von Treibmitteln mit einem weitgehend rückstandslosen Abbrand verwendet werden können.The salts of the series Dihydrazinium 5,5'-azotetrazolate · x · y Hydrazinat hydrate ([N 2 H 5] 2 + [N 4 CN = N-CN 4] 2 - · x N 2 H 4 · yH 2 O, where: 0 ≦ x ≦ 2, 0 ≦ y ≦ 1) represent nitrogen-rich energetic compounds that can be used in combination with various oxidizing agents for the production of blowing agents with a substantially residue-free burnup.

Aus einem Fachaufsatz (A. Hammerl, T. M. Klapötke, H. Nöth, M. Warchhold, Inorg. Chem. 2001, 40, 3570–3575) ist ein Verfahren zur Herstellung von Verbindungen der vorgenannten Reihe Dihydrazinium 5,5'-Azotetrazolat·x-Hydrazinat·y-Hydrat (0 ≤ x ≤ 2, 0 ≤ y ≤ 1) bekannt geworden.Out a technical paper (A. Hammerl, T. M. Klapötke, H. Nöth, M. Warchhold, Inorg. Chem. 2001, 40, 3570-3575) is a process for the preparation of compounds of the foregoing Series dihydrazinium 5,5'-azotetrazolate · x-hydrazinate · y-hydrate (0 ≤ x ≤ 2, 0 ≤ y ≤ 1) become.

In dem Fachaufsatz ist dargelegt, dass man die in Rede stehenden Verbindungen als Produkt aus der Reaktion der beiden Edukte Barium 5,5'-Azotetrazolat und Hydraziniumsulfat erhält (Seite 3571, Spalte 1, Absatz der Überschrift „Synthesis and Properties of Dihydrazinium 5,5'-Azotetrazolate Salts"). Ferner heißt es, dass das Hydraziniumsulfat ([N2H5]+ 2[SO4]2-) gebildet wird aus dem kommerziell erhältlichen [N2H6]2+[SO4]2- und einem Equivalent N2H4·H2O (Hydrazinhydrat) in Wasser.The technical reference states that the compounds in question are obtained as the product of the reaction of the two educts barium 5,5'-azotetrazolate and hydrazinium sulfate (page 3571, column 1, paragraph "Synthesis and Properties of Dihydrazinium 5,5 Furthermore, it is stated that the hydrazine sulfate ([N 2 H 5 ] + 2 [SO 4 ] 2- ) is formed from the commercially available [N 2 H 6 ] 2+ [SO 4 ] 2- and one equivalent of N 2 H 4 .H 2 O (hydrazine hydrate) in water.

Im Fachaufsatz ist ferner dargelegt (Seite 3575, zweite Spalte), dass je nach Reaktionsführung die nachfolgenden 3 Verbindungen, die in dieser Anmeldung als HZT, HZTH und DAD bezeichnet sind, erhalten werden:

  • • HZT, ebenso Dihydrazinium 5,5'-Azotetrazolat, ebenso [N2H5]2 +[N4C-N=N-CN4]2 -, ebenso [N2H5]2 +[N4C-N=N-CN4]2 -·xN2H4·yH2O mit x = 0 und y = 0: – HZT erhält man durch eine thermische Behandlung von HZTH.
  • • HZTH, ebenso Dihydrazinium 5,5'-Azotetrazolat·Monohydrat, ebenso [N2H5]2 +[N4C-N=N-CN4]2 -·1H2O, ebenso [N2H5]2 +[N4C-N=N-CN4]2 -·xN2H4 yH2O mit x = 0 und y = 1: – Erhalt von HZTH aus Barium 5,5'-Azotetrazolat und [N2H6]2 +[SO4]2 - in Wasser mit einem Equivalent Hydraziniumhydrat. – Im Fachaufsatz wird das HZTH als Dihydrat vorgestellt (x = 0, y = 2); dabei handelt es sich allerdings um einen Fehler. Der richtige Wassergehalt dieser Verbindung entspricht dem eines Monohydrates, was durch Kristallstrukturanalyse, TGA und Elementaranalyse bestätigt werden konnte.
  • • DAD, ebenso Dihydrazinium 5,5'-Azotetrazolat·Dihydrazinat, ebenso ([N2H5]2 +[N4C-N=N-CN4]2 -·2N2H4, ebenso [N2H5]2 +[N4C-N=N-CN4]2 -·xN2H4·yH2O mit x = 2 und y = 0: – DAD erhält man aus Barium 5,5'-Azotetrazolat und [N2H6]2 +[SO4]2 - in wasserfreiem Hydrazin.
The technical paper further sets forth (page 3575, second column) that, depending on the reaction procedure, the following 3 compounds, which are referred to in this application as HZT, HZTH and DAD, are obtained:
  • • HZT, as well as dihydrazinium 5,5'-azotetrazolate, also [N 2 H 5 ] 2 + [N 4 CN = N-CN 4 ] 2 - , as well as [N 2 H 5 ] 2 + [N 4 CN = N-] CN 4] 2 - · x N 2 H 4 · yH 2 O with x = 0 and y = 0: - HZT is obtained by a thermal treatment of HZTH.
  • • HZTH, as well as dihydrazinium 5,5'-azotetrazolate · monohydrate, also [N 2 H 5 ] 2 + [N 4 CN = N-CN 4 ] 2 - · 1H 2 O, also [N 2 H 5 ] 2 + [ N 4 CN = N-CN 4] 2 - · x N 2 H 4 yH 2 O where x = 0 and y = 1: - obtaining HZTH of barium 5,5'-azotetrazolate, and [N 2 H 6] 2 + [ SO 4 ] 2 - in water with one equivalent of hydrazinium hydrate. - The paper presents the HZTH as a dihydrate (x = 0, y = 2); but this is a mistake. The correct water content of this compound corresponds to that of a monohydrate, which could be confirmed by crystal structure analysis, TGA and elemental analysis.
  • • DAD, as well as dihydrazinium 5,5'-azotetrazolate · dihydrazinate, also ([N 2 H 5 ] 2 + [N 4 CN = N-CN 4 ] 2 - · 2N 2 H 4 , as well as [N 2 H 5 ] 2 + [N 4 CN = N-CN 4] 2 - · x N 2 H 4 · yH 2 O with x = 2 and y = 0: - DAD obtained from barium 5,5'-azotetrazolate, and [N 2 H 6] 2 + [SO 4 ] 2 - in anhydrous hydrazine.

Im Falle des DAD muss, wie zuvor dargelegt, in hochexplosivem, wasserfreiem Hydrazin gearbeitet werden, welches zum Zwecke der Produktisolierung nach schwieriger Abtrennung des ausgefallenen Bariumsulfates abdestilliert werden muss.in the Trap of the DAD must, as stated above, in highly explosive, anhydrous Hydrazine be worked, which for the purpose of product isolation distilled off after difficult separation of the precipitated barium sulfate must become.

Bei den im Fachaufsatz vorgestellten Reaktionen handelt es sich um eine Fällungsreaktion, bei der durch Umsetzung von wasserfreiem Barium 5,5'-Azotetrazolat mit einem Hydraziniumsulfat durch Ausfällung des schwerlöslichen Bariumsulfates das Dihydrazinium 5,5'-Azotetrazolat in Lösung erhalten wird. Die Darstellung des Barium 5,5'-Azotetrazolat erfolgt in einer vorgeschalteten Reaktion, die nicht näher im Fachaufsatz beschrieben ist. Das wasserfreie Barium 5,5'-Azotetrazolat reagiert äußerst empfindlich auf Reibung, Schlag und Temperatur und ist daher extrem explosiv.at The reactions presented in the paper are one Precipitation reaction, in by reaction of anhydrous barium 5,5'-azotetrazolate with a hydrazinium sulfate by precipitation of the sparingly soluble Barium sulfate, the dihydrazinium 5,5'-azotetrazolate is obtained in solution. The representation of barium 5,5'-azotetrazolate takes place in an upstream reaction, which is not described in detail in the technical paper is. The anhydrous barium 5,5'-azotetrazolate Reacts extremely sensitive on friction, impact and temperature and is therefore extremely explosive.

Das bekannte, sehr aufwendige Verfahren basiert auf der Umsetzung des entsprechenden Barium 5,5'-Azotetrazolats. Bei Barium handelt es sich um ein Erdalkalimetall, welches zu den Schwermetallen zu zählen ist. Barium ist in Form seiner löslichen Salze hoch giftig und daher in großtechnischen Synthesen zu vermeiden. Zudem ist Barium im Vergleich zu Natrium ausgesprochen teuer. Bei der Fällungsreaktion, ausgehend vom Bariumsalz, entsteht als Abfallprodukt Bariumsulfat, was ein Problem in Hinblick auf die Entsorgung darstellt.The known, very complicated procedure is based on the implementation of corresponding barium 5,5'-azotetrazolate. Barium is an alkaline earth metal which belongs to the Counting heavy metals is. Barium is in the form of its soluble Salts highly toxic and therefore to avoid in large-scale syntheses. In addition, barium is very expensive compared to sodium. at the precipitation reaction, starting from the barium salt, barium sulfate is formed as a by-product, which is a problem in terms of disposal.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein weiteres Verfahren zur Herstellung von stickstoffreichen Explosivstoffen zu schaffen, welches effizient und ökonomisch arbeitet und bei dem solche Edukte eingesetzt werden, die eine großtechnische, gefahrlose Synthese ermöglichen.The invention has for its object to provide a further process for the preparation of nitrogen-rich explosives, which works efficiently and economically and in which such reactants used which enable a large-scale, safe synthesis.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.These Task is achieved by the features of claim 1 solved.

Die Synthese einer Verbindung der Reihe [N2H5]2 +[N4C-N=N-CN4]2 -·xN2H4·yH2O (0 ≤ x ≤ 2, 0 ≤ y ≤ 1) erfolgt durch Metathesereaktion von einem Alkalimetall 5,5'-Azotetrazolat (vorzugsweise dem Dinatrium 5,5'-Azotetrazolat Pentahydrat) und einem Hydraziniumsalz (vorzugsweise NO3 - oder Cl-). Im Vergleich zu der im Fachaufsatz beschriebenen Fällungsreaktion, handelt es sich bei dem neuen Verfahren um eine fraktionierte Kristallisation. Beide Edukte sind auch in großtechnischem Maßstab gut zu handhaben.The synthesis of a compound of number [N 2 H 5] 2 + [N 4 CN = N-CN 4] 2 - · x N 2 H 4 · yH 2 O (0 ≤ x ≤ 2, 0 ≤ y ≤ 1) is performed by Metathesis reaction of an alkali metal 5,5'-azotetrazolate (preferably the disodium 5,5'-azotetrazolate pentahydrate) and a hydrazinium salt (preferably NO 3 - or Cl - ). In comparison to the precipitation reaction described in the technical essay, the new process is a fractional crystallization. Both starting materials are also easy to handle on an industrial scale.

Ein großer Vorteil liegt in der effizienten Ausgestaltung des Verfahrens.One greater Advantage lies in the efficient design of the method.

In einem ersten Schritt wird ein Alkalimetall 5,5'-Azotetrazolat·x-Hydrat (vorzugsweise das Dinatrium 5,5'-Azotetrazolat·x-Hydrat (x ≤ 5)) aus einer vorgeschaltenen Stufe erhalten (beispielsweise gemäß einem Unteranspruch).In In a first step, an alkali metal 5,5'-azotetrazolate · x-hydrate (preferably the Disodium 5,5'-azotetrazolate x-hydrate (x ≤ 5)) obtained from an upstream stage (for example, according to a subclaim).

In einem zweiten Schritt wird das erhaltene Alkalimetall 5,5'-Azotetrazolat·x-Hydrat (vorzugsweise das Dinatrium 5,5'-Azotetrazolat·x-Hydrat (x ≤ 5)) in einem entsprechenden Lösungsmittelgemisch umgesetzt, wobei das entsprechende Produkt aus der Reaktionslösung beim Abkühlen auskristallisiert. Das Produkt kann durch einfache Filtration vom Reaktionsgemisch abgetrennt werden. Es wird in hohen Ausbeuten und einem hohen Reinheitsgrad erhalten. Bei den Nebenprodukten handelt es sich, je nach eingesetztem Hydraziniumsalz, um Natriumchlorid oder Natriumnitrat, welche keine Probleme in Hinblick auf eine Entsorgung darstellen.In in a second step, the resulting alkali metal is 5,5'-azotetrazolate · x hydrate (Preferably, the disodium 5,5'-azotetrazolate x-hydrate (x ≤ 5)) in a corresponding solvent mixture reacted, the corresponding product from the reaction solution at cooling down crystallized. The product can be purified by simple filtration of Be separated reaction mixture. It is available in high yields and obtained a high degree of purity. The by-products are depending on the hydrazine salt used, it is sodium chloride or sodium nitrate, which poses no problems in terms of disposal represent.

Das zweistufige Verfahren ist dadurch möglich, dass als eines der beiden Edukte ein Alkalimetall 5,5'-Azotetrazolat verwendet wird. Der Vorteil der Alkalimetall 5,5'-Azotetrazolat-Salze gegenüber den Erdalkalimetallsalzen ist deren bessere Löslichkeit in wässrigen bzw. hyrdazinhaltigen-wässrigen Lösungen. Im Gegensatz dazu weisen die Hydrazinium Azotetrazolate ebenfalls eine schlechtere Löslichkeit auf, was eine fraktionierte Kristallisation ermöglicht. Beim Bekannten führt eine gleiche Umsetzung von Hydraziniumsalzen mit Barium 5,5'-Azotetrazolat in wässrigen bzw. hyrdazinhaltigen-wässrigen Lösungen zu einer Mischkristallisation von entsprechenden Barium- und Hydraziniumsalzen, und liefert daher keine phasenreine Produkte.The Two-stage procedure is possible because as one of the two Starting materials an alkali metal 5,5'-azotetrazolate is used. The advantage of the alkali metal 5,5'-azotetrazolate salts across from The alkaline earth metal salts is their better solubility in aqueous or hyrdazine-aqueous Solutions. In contrast, the hydrazinium azotetrazolates also a worse solubility what allows fractional crystallization. The acquaintance leads one same reaction of hydrazinium salts with barium 5,5'-azotetrazolate in aqueous or hyrdazine-aqueous solutions to a mixed crystallization of corresponding barium and hydrazinium salts, and therefore does not provide phase-pure products.

Eine aufwendige Abtrennung von Nebenprodukten, wie zum Beispiel des BaSO4 beim bekannten Verfahren, wird vermieden. Zusätzlich liegt ein weiterer Vorteil in der sehr hohen Ausbeute und der Möglichkeit zur ökonomischen, industriellen Herstellung von hydrazinfreien Verbindungen, z.B. von Dihydrazinium 5,5'-Azotetrazolat·Monohydrat (HZTH, x = 0, y = 1) und Dihydrazinium 5,5'-Azotetrazolat (HZT, x = 0, y = 0). Denn bezüglich der toxikologischen Einstufung weisen die Salze mit variierendem Hydrazingehalt eine Sicherheitsproblematik auf, die durch die Gesundheitsgefahren von Hydrazinlösungen im Syntheseschritt ausgehen. Deshalb sind die vorgenannten hydrazinfreien Verbindungen HZT und HZTH von besonderem technischen Interesse.A complicated separation of by-products, such as the BaSO 4 in the known method is avoided. In addition, a further advantage lies in the very high yield and the possibility for economical, industrial production of hydrazine-free compounds, eg of dihydrazinium 5,5'-azotetrazolate · monohydrate (HZTH, x = 0, y = 1) and dihydrazinium 5,5 ' Azotetrazolate (HZT, x = 0, y = 0). Because with regard to the toxicological classification, the salts with varying hydrazine content pose a safety problem, which is due to the health hazards of hydrazine solutions in the synthesis step. Therefore, the aforementioned hydrazine-free compounds HZT and HZTH are of particular technical interest.

Eine Belastung durch eventuell abgegebenes Hydrazin aus DAD und anderen hydrazinhaltigen Salzen der Reihe [N2H5]2 +[N4C-N=N-CN4]2 -·xN2H4·yH2O (0 ≤ x ≤ 2, 0 ≤ y ≤ 1) ist nicht gegeben, da Stabilitäts- und Druckbelastungstests bestätigen, dass auch unter extremen Drücken und Temperaturen nahe dem Zersetzungspunkt eine Abgabe von Hydrazin nicht statt findet.A load of possibly delivered hydrazine from DAD and other hydrazine-containing salts of the series [N 2 H 5 ] 2 + [N 4 CN = N-CN 4 ] 2 - · xN 2 H 4 · yH 2 O (0 ≤ x ≤ 2, 0 ≤ y ≤ 1) is not given since stability and compressive stress tests confirm that even under extreme pressures and temperatures near the decomposition point, hydrazine release does not occur.

Die Reaktion der beiden Edukte Alkalimetal 5,5'-Azotetrazolat·x-Hydrat (x ≤ 5) und Hydraziniumsalz wird in einem wässrigen Reaktionsmedium durchgeführt. Hierdurch erhöht sich die Sicherheit in einem großtechnischen Prozess.The Reaction of the two starting materials alkali metal 5,5'-azotetrazolate · x-hydrate (x ≤ 5) and hydrazine salt is in an aqueous Reaction medium carried out. This increases security in a large-scale process.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist das Edukt Alkalimetal 5,5'-Azotetrazolat·x-Hydrat (x ≤ 5) ein Dinatrium 5,5'-Azotetrazolat·x-Hydrat (x ≤ 5). Vorzugsweise wird als Dinatrium 5,5'-Azotetrazolat·x-Hydrat (x ≤ 5) die Verbindung Dinatrium 5,5'-Azotetrazolat·Pentahydrat eingesetzt.According to one Embodiment of the invention is the starting material alkali metal 5,5'-azotetrazolate · x hydrate (x ≤ 5) Disodium 5,5'-azotetrazolate x-hydrate (x ≤ 5). Preferably, the disodium 5,5'-azotetrazolate · x-hydrate (x ≤ 5) is the compound Disodium 5,5'-Azotetrazolate · Pentahydrate used.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird das Dinatrium 5,5'-Azotetrazolat·x-Hydrat (x ≤ 5) aus einer vorgeschalteten Stufe erhalten, bei dem 5-Amino-1H-tetrazol·x-Hydrat (x ≤ 1) mit Natronlauge und Kaliumpermanganat umgesetzt wird.According to one In a further embodiment of the invention, the disodium 5,5'-azotetrazolate · x-hydrate (x ≦ 5) from a obtained upstream step, wherein the 5-amino-1H-tetrazole x-hydrate (x ≤ 1) with sodium hydroxide and Potassium permanganate is implemented.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist das wässrige Reaktionsmedium kein Hydrazin auf. Dies dient der Herstellung von HZTH.According to one In another embodiment of the invention, the aqueous reaction medium has no Hydrazine on. This is for the production of HZTH.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Reaktionsmedium ein Hydrazin/Wasser-Gemisch. Dieses Reaktionsmedium ist sicher zu handhaben (Hydrazingehalt ≤ 64 Vol-%) und kann in geschlossenen Apparaturen eingesetzt werden, was für den entsprechenden Operator keine gesundheitliche Belastung darstellt.According to one Another embodiment of the invention comprises the reaction medium a hydrazine / water mixture. This reaction medium is certainly too handle (hydrazine content ≤ 64 Vol%) and can be used in closed equipment, what kind of the corresponding operator does not pose a health burden.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann durch Einstellung des Hydrazingehaltes in vorteilhafter Weise der Wassergehalt der Produkte eingestellt werden (siehe die nachfolgende Tabelle 1). Dadurch lassen sich Produkte erhalten, die in Ihrem Stickstoffgehalt um bis zu 7% variieren.According to one Another embodiment of the invention can by adjusting the Hydrazine content advantageously the water content of the products can be adjusted (see the following Table 1). Leave it Products containing up to 7% vary.

Gemäß einer weitern Ausgestaltung können während der Reaktion wasserentziehende Salze dem Reaktionsmedium zugesetzt werden. In Frage kommen die Salze wie z. B. NaCl oder NaNO3. Durch die Hydratation des entsprechenden Kations (z.B. [Na(H2O)6]+) ermöglicht man den Einsatz von verdünnten Hydrazin/Wasser Lösungen. Zusätzlich erzwingt man dadurch die Kristallisation des schlechter löslichen Salzes, hier der entsprechenden Hydraziniumsalzen, da das System mit einer anderen Spezies übersättigt wird (Verdrängungsprinzip).According to a further embodiment, dehydrating salts can be added to the reaction medium during the reaction. In question, the salts such. B. NaCl or NaNO 3 . The hydration of the corresponding cation (eg [Na (H 2 O) 6 ] + ) allows the use of dilute hydrazine / water solutions. In addition, this forces the crystallization of the less soluble salt, here the corresponding hydrazinium salts, since the system is supersaturated with another species (displacement principle).

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung werden die Nebenprodukte, wie auch das Wasser und das Hydrazin, durch Sublimation im Vakuum entfernt, um die erforderlichen Reinheiten zu erzielen.According to one Another embodiment of the invention, the by-products, such as also the water and the hydrazine, removed by sublimation in vacuo, to achieve the required purities.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand mehrerer, in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei zeigen:The Invention will now be described with reference to several, in the drawings illustrated embodiments explained in more detail. there demonstrate:

1 nacheinander ablaufende Reaktionsgleichungen, die darlegen, wie man ausgehend vom 5-Amino-1H-tetrazol x-Hydrat (x ≤ 1) zu Verbindungen der Reihe Dihydrazinium 5,5'-Azotetrazolat·x-Hydrazinat·y-Hydrat (0 ≤ x ≤ 2, 0 ≤ y ≤ 1) gelangt; 1 successive reaction equations which show how, starting from the 5-amino-1H-tetrazole x-hydrate (x ≦ 1), compounds of the series dihydrazinium 5,5'-azotetrazolate · x-hydrazinate · y-hydrate (0 ≤ x ≤ 2, 0 ≤ y ≤ 1);

2 eine Reaktionsgleichung, die darlegt, wie man ausgehend von der Reihe Dihydrazinium 5,5'-Azotetrazolat·x-Hydrazinat·y-Hydrat (0 ≤ x ≤ 2, 0 ≤ y ≤ 1) zur Verbindung HZT gelangt; 2 a reaction equation which sets out how to proceed from the series dihydrazinium 5,5'-azotetrazolate · x-hydrazinate · y-hydrate (0 ≦ x ≦ 2, 0 ≦ y ≦ 1) to the compound HZT;

3 eine graphische Darstellung, die den Stickstoffgehalt der Verbindungen in Abhängigkeit vom Verhältnis Hydrazin zu Wasser im Reaktionsmedium zeigt. 3 is a graph showing the nitrogen content of the compounds as a function of hydrazine to water ratio in the reaction medium.

Die 1 zeigt ein Verfahren zur Herstellung einer Verbindung der Reihe Dihydrazinium 5,5'-Azotetrazolat·x -Hydrazinat·y-Hydrat (0 ≤ x ≤ 2, 0 ≤ y ≤ 1), welche als Produkt aus der Reaktion der beiden Edukte Alkalimetall 5,5'-Azotetrazolat (am Beispiel Dinatrium 5,5'-Azotetrazolat·x-Hydrat (x ≤ 5)) und Hydraziniumsalz erhalten wird.The 1 shows a process for preparing a compound of the series dihydrazinium 5,5'-azotetrazolate · x-hydrazinate · y-hydrate (0 ≦ x ≦ 2, 0 ≦ y ≦ 1), which is obtained as the product of the reaction of the two reactants alkali metal 5, 5'-azotetrazolate (for example disodium 5,5'-azotetrazolate x-hydrate (x≤5)) and hydrazinium salt.

Die vorgenannte Reihe weist verschiedene Grenzfälle auf, da, wie zuvor formelmäßig dargelegt, die Variable x Werte von 0 bis 2 und die Variable y Werte von 0 bis 1 aufweisen kann.The The above series has various borderline cases because, as stated previously in the formula, the variable x values from 0 to 2 and the variable y values from 0 to 1 may have.

Wenn x den Wert von 2 und y den Wert von 0 einnimmt, liegt die Verbindung (I) vor. Die Verbindung (I) weist die chemische Bezeichnung Dihydrazinium 5,5'-Azotetrazolat Dihydrazinat (DAD) auf.If x takes the value of 2 and y the value of 0, is the connection (I) before. The compound (I) has the chemical name dihydrazinium 5,5'-azotetrazolate Dihydrazinate (DAD) on.

Die Verbindung (II) betrifft den Grenzfall, wonach x den Wert 0 und y den Wert 1 einnimmt. Die zweite Verbindung stellt Dihydrazinium 5,5'-Azotetrazolat Monohydrat (HZTH) dar.The Compound (II) concerns the limiting case where x is 0 and y takes the value 1. The second compound represents dihydrazinium 5,5'-azotetrazolate Monohydrate (HZTH).

Bei der Verbindung (III) nimmt sowohl x als auch y den Wert von 0 ein. Die dritte Verbindung ist mit Dihydrazinium 5,5'-Azotetrazolat (HZT) bezeichnet.at of compound (III) assumes both x and y the value of 0. The third compound is designated dihydrazinium 5,5'-azotetrazolate (HZT).

Als Reaktionsmedium kann Wasser (HZTH) oder ein Hydrazin/Wasser-Gemisch (Salze der Reihe [N2H5]2+[N4C-N=N-CN4]2 -·xN2H4·yH2O (x ≤ 2, y ≤ 1)) eingesetzt werden. Dieses Reaktionsmedium ist sicher zu handhaben (Hydrazingehalt ≤ 64 Vol.-%) und kann in geschlossenen Apparaturen eingesetzt werden, was für den entsprechenden Operator keine gesundheitliche Belastung darstellt. Je nach Anforderung kann der Gehalt an Hydrazin im gewünschten Produkt eingestellt werden. 3 zeigt das Kristallisationsverhalten der verschiedenen Phasen in Abhängigkeit vom Verhältnis Hydrazin zu Wasser im Reaktionsmedium. Werden die Umsetzungen in Wasser als alleiniges Reaktionsmedium durchgeführt, so erhält man als Produkt HZTH (II) (N : 79.0 %), aus wasserfreiem Hydrazin würde man DAD (I) (N : 85.7%) erhalten. Auf Umsetzungen in wasserfreiem Hydrazin wird verzichtet, da aus konzentrierten, übersättigten Hydrazinhydrat Lösungen ebenfalls DAD (Reaktionsbeispiel 5) erhalten wird.As reaction medium water (HZTH) or a hydrazine / water may mixture (salts of the series [N 2 H 5] 2 + [N 4 CN = N-CN 4] 2 - · x N 2 H 4 · yH 2 O (x ≤ 2, y ≤ 1)). This reaction medium is safe to handle (hydrazine content ≤ 64 vol .-%) and can be used in closed equipment, which represents no health burden for the corresponding operator. Depending on the requirement, the content of hydrazine in the desired product can be adjusted. 3 shows the crystallization behavior of the various phases as a function of the ratio of hydrazine to water in the reaction medium. If the reactions are carried out in water as the sole reaction medium, the product HZTH (II) (N: 79.0%) is obtained, and from anhydrous hydrazine DAD (I) (N: 85.7%) is obtained. Reactions in anhydrous hydrazine are omitted because of concentrated, supersaturated hydrazine hydrate solutions also DAD (Reaction Example 5).

In Abhängigkeit von der Konzentration der eingesetzten Edukte zum Reaktionsmedium, z.B. des Hydrazinhydrats (N2H4: 64,0%), variiert der Hydrazin/Wassergehalt in den Produkten der allgemeinen Zusammensetzung [N2H5]2 +[N4C-N=N-CN4]2 -·xN2H4·yH2O (0 ≤ x ≤ 2, 0 ≤ y ≤ 1).Depending on the concentration of the educts used for the reaction medium, for example of the hydrazine hydrate (N 2 H 4 : 64.0%), the hydrazine / water content in the products of the general composition [N 2 H 5 ] 2 + [N 4 CN = N-CN 4 ] 2 - xN 2 H 4 .yH 2 O (0 ≤ x ≤ 2, 0 ≤ y ≤ 1).

Arbeitet man in Wasser als Lösungsmittel, so erhält man bei der Umsetzung eines entsprechenden Alkalimetall-Azotetrazolats (vorzugsweise dem Natriumsalz) und einem entsprechenden Hydraziniumsalz (vorzugsweise dem Chlorid) bei Temperaturen zwischen 80 und 90°C das HZTH (Synthesebeispiel 1).Is working in water as solvent, so receives in the reaction of a corresponding alkali metal azotetrazolate (preferably the sodium salt) and a corresponding hydrazinium salt (preferably the chloride) at temperatures between 80 and 90 ° C, the HZTH (Synthesis Example 1).

Arbeitet man in einer übersättigten Lösung eines entsprechenden Alkalimetall-Azotetrazolats (vorzugsweise dem Natriumsalz) und einem entsprechenden Hydraziniumsalz (vorzugsweise dem Chlorid) bei Temperaturen zwischen 50 und 90°C in Hydrazinhydrat (Hydrazin/Wasser-Gemisch?), so wird DAD erhalten (Synthesebeispiel 5).Is working one in a supersaturated one solution a corresponding alkali metal azotetrazolate (preferably the sodium salt) and a corresponding hydrazinium salt (preferably the chloride) at temperatures between 50 and 90 ° C in hydrazine hydrate (hydrazine / water mixture?), thus, DAD is obtained (Synthesis Example 5).

Die nachfolgende Tabelle 1 gibt Synthesebeispiele mit den entsprechenden Elementaranalysen von den dabei erhaltenen Produkten wieder.The Table 1 below gives synthesis examples with the corresponding Elementary analysis of the products obtained here again.

Figure 00080001
Tabelle 1
Figure 00080001
Table 1

Hydraziniumchlorid ist kommerziell erhältlich und weist gegenüber dem Hydraziniumnitrat, welches stark hygroskopisch ist, eine bessere Handhabbarkeit auf.hydrazinium is commercially available and faces Hydrazinium nitrate, which is highly hygroscopic, a better Handling on.

Dem Reaktionsmedium können wasserentziehende Salze (z.B. NaCl, NaNO3) zugesetzt werden, um die Reaktion auch in verdünnten Wasser/Hydrazin-Lösungen durchzuführen. Allerdings beobachtet man dann eine etwas geringere Ausbeute.Dehydrating salts (eg NaCl, NaNO 3 ) can be added to the reaction medium in order to carry out the reaction also in dilute water / hydrazine solutions. However, one then observes a slightly lower yield.

Die Kristallisationstemperatur der Produkte hängt von der Konzentration des Hydrazingehaltes ab und liegt bei reinem Wasser bei 5°C und sinkt mit steigendem Hydrazingehalt bis –20°C. Die so erhaltenen Produkte kristallisieren in Form von feinen gelben Kristallen. In jedem Fall erhält man die Produkte in sehr hohen Ausbeuten (abhängig vom Reaktionsmedium zwischen 70 u. 90%) und Reinheiten von meist über 98%. Die Produkte werden durch einfache Saugfiltration vom Reaktionsmedium abgetrennt und mit Alkohol (vorzugsweise EtOH) von anhaftendem Reaktionsmedium befreit. Zur weiteren Trocknung ist eine Behandlung mit Ethern oder andern aprotischen Lösungsmitteln möglich (vorzugsweise Diethylether). Als Nebenprodukt entsteht das entsprechende Alkalimetallsalz (vorzugsweise NaCl bzw. NaNO3), welches im Reaktionsmedium zurück bleibt. Eine Verunreinigung der Produkte mit diesem Alkalimetallsalz ist gering (< 1 %), man beobachtet eher eine Verunreinigung durch die entsprechenden Hydraziniumsalze (N2H5NO3 bzw. N2H5Cl), wobei die Reinheit für die meisten Anwendungen ausreichend ist.The crystallization temperature of the products depends on the concentration of the hydrazine content and is at 5 ° C in pure water and decreases with increasing hydrazine content to -20 ° C. The products thus obtained crystallize in the form of fine yellow crystals. In any case, the products are obtained in very high yields (depending on the reaction medium between 70 and 90%) and purities of more than 98%. The products are separated by simple suction filtration from the reaction medium and freed with alcohol (preferably EtOH) of adherent reaction medium. For further drying, treatment with ethers or other aprotic solvents is possible (preferably diethyl ether). The byproduct is the corresponding alkali metal salt (preferably NaCl or NaNO 3 ), which remains in the reaction medium. Contamination of the products with this alkali metal salt is low (<1%), it is more likely to be contaminated by the corresponding hydrazine salts (N 2 H 5 NO 3 or N 2 H 5 Cl), with sufficient purity for most applications.

Das Edukt Alkalimetall-Azotetrazolat ist ein Dinatriumazotetrazolat·x-hydrat (x ≤ 5), das aus einer vorgeschalteten Stufe erhalten wird, bei dem 5-Amino-1H-tetrazol ·Hydrat mit Natronlauge und Kaliumpermanganat umgesetzt wird. Vorzugsweise wird als Dinatriumazotetrazolat·x-Hydrat (x ≤ 5) die Verbindung Dinatrium 5,5'-Azotetrazolat Pentanhydrat eingesetzt. 5-Amino-1H-tetrazol Monohydrat ist kommerziell erhältlich. Bezogen auf das 5-Amino-1H-tetrazol Monohydrat erhält man eine Gesamtausbeute an Dinatrium 5,5'-Azotetrazolat Pentahydrat von bis zu 75%. Die 1 zeigt Reaktionsgleichungen, die darlegen, wie man ausgehend vom 5-Amino-1H-tetrazol Monohydrat zu den Verbindungen des Typs [N2H5]2 +[N4C-N=N-CN4]2 -·xN2H4·yH2O (0 ≤ x ≤ 2, 0 ≤ y ≤ 1) gelangt.The educt of alkali metal azotetrazolate is a disodium azotetrazolate · x-hydrate (x ≤ 5) obtained from an upstream stage, in which 5-amino-1H-tetrazole · hydrate is reacted with caustic soda and potassium permanganate. The disodium azotetrazolate · x hydrate (x ≦ 5) used is preferably the compound disodium 5,5'-azotetrazolate pentane hydrate. 5-amino-1H-tetrazole monohydrate is commercially available. Based on the 5-amino-1H-tetrazole monohydrate, an overall yield of disodium 5,5'-azotetrazolate pentahydrate of up to 75% is obtained. The 1 shows reaction equations demonstrate how, starting from 5-amino-1H-tetrazole monohydrate to give the compounds of the type [N 2 H 5] 2 + [N 4 CN = N-CN 4] 2 - · x N 2 H 4 · yH 2 O (0 ≤ x ≤ 2, 0 ≤ y ≤ 1).

Ebenso kann in Abweichung zum dargestellten Ausführungsbeispiel das Dinatriumazotetrazolat·x-hydrat (x ≤ 5) in jeder Form seiner Hydrate verwendet werden (x ≤ 5).As well may differ from the illustrated embodiment, the disodium azotetrazolate x-hydrate (x ≤ 5) in any form of its hydrates can be used (x ≤ 5).

Die Nebenprodukte, wie auch das Wasser und das Hydrazin, werden durch Sublimation im Vakuum entfernt (vorzugsweise 105°C bei einem Druck von ca. 5·10-3 bar; N2H5NO3, mp 70.7°C; N2H5Cl, mp 89°C). Dabei erhält man das solventfreie HZT (III), wie in 2 illustriert ist (Synthesebeispiel 6).The by-products, as well as the water and the hydrazine, are removed by sublimation under reduced pressure (preferably 105 ° C. at a pressure of about 5 × 10 -3 bar; N 2 H 5 NO 3 , mp 70.7 ° C., N 2 H 5 Cl, mp 89 ° C). This gives the solvent-free HZT (III), as in 2 is illustrated (Synthesis Example 6).

Figure 00090001
Tabelle 2
Figure 00090001
Table 2

In der vorhergehenden Tabelle 2 sind die Elementaranalysen aller getrockneten Produkte zusammengefasst, die nach den oben angegebenen Synthesebeispielen erhalten wurden.In Table 2 above are the elemental analyzes of all dried ones Products summarized following the synthesis examples given above were obtained.

Nachfolgend wird die Herstellung verschiedener Verbindungen erläutert:following the production of various compounds is explained:

Beispiel 1 betreffend HZTH (II) (N: 85.2%):Concerning example 1 HZTH (II) (N: 85.2%):

Zu einer heißen (80 – 90°C) Lösung von di(Natrium) 5,5'-Azotetrazolat (5,803 g, 20 mmol) in 35 mL H2O wird eine heiße (60 – 70°C) Lösung von Hydraziniummonochlorid (2,740 g, 40 mmol) in 5 ml Wasser gegeben. Bereits nach 5 Minuten beginnt das Produkt aus der Lösung auszukristallisieren. Zur Vervollständigung der Kristallisation lässt man den Ansatz ca. 2h bei 5°C stehen, trennt das Produkt von der Mutterlauge und wäscht mit EtOH und Et2O (4,871 g, 19,6 mmol, 98% Ausbeute). Das so erhaltene Produkt hat eine hohe Reinheit (> 98%), kann aber durch Umkristallisation aus Wasser weiter gereinigt (> 99%) werden (4,528, 18,2 mmol, 91 % Ausbeute).To a hot (80-90 ° C) solution of di (sodium) 5,5'-azotetrazolate (5.80 g, 20 mmol) in 35 mL H 2 O is added a hot (60-70 ° C) solution of hydrazinium monochloride (2.740 g, 40 mmol) in 5 ml of water. After 5 minutes, the product begins to crystallize out of the solution. To complete the crystallization, the reaction is allowed to stand for about 2 hours at 5 ° C, the product is separated from the mother liquor and washed with EtOH and Et 2 O (4.871 g, 19.6 mmol, 98% yield). The product thus obtained has a high purity (> 98%) but can be further purified (> 99%) by recrystallization from water (4.528, 18.2 mmol, 91% yield).

Beispiel 2 betreffend [N2H5]2 +[N4C-N=N-CN4]2 -·N2H4·H2O(N:80,0%):Example 2 concerning [N 2 H 5 ] 2 + [N 4 CN = N-CN 4 ] 2 - * N 2 H 4 • H 2 O (N: 80.0%):

Dinatrium 5,5'-Azotetrazole·5H2O (5.803, 20 mmol) wird zu einer Lösung von 25 mL Hydrazinhydrat (Hydrazingehalt 64%) und 7,5 ml Wasser gegeben und auf 50°C bis 70°C erhitzt. Zu dieser Lösung gibt man auf einmal Hydraziniumchlorid (2,748, 40 mmol) und rührt die erhaltene Mischung bei ca. 75°C, bis eine klare, rot-orangefarbene Lösung entstanden ist. Die Kristallisation des Produktes erfolgt in Form von feinen gelben Nadeln bei –18°C meist innerhalb von 2h. Die Kristalle werden durch Saugfiltration von der Mutterlauge getrennt und mittels EtOH von anhaftenden Lösungsmittelresten befreit. Waschen mit Et2O und Trocknung liefert [N2H5]2 +[N4C-N=N-CN4]2 -·N2H4·H2O in 98 % Reinheit (3,47 g, 70 % Ausbeute).Disodium 5,5'-azotetrazole · 5H 2 O (5.803, 20 mmol) is added to a solution of 25 mL of hydrazine hydrate (hydrazine content 64%) and 7.5 mL of water and heated to 50 ° C to 70 ° C. To this solution are added all at once hydrazinium chloride (2.748, 40 mmol) and the resulting mixture is stirred at about 75 ° C until a clear, red-orange solution is formed. The crystallization of the product takes place in the form of fine yellow needles at -18 ° C usually within 2h. The crystals are separated by suction filtration of the mother liquor and freed by EtOH of adhering solvent residues. Washing with Et 2 O and drying yields [N 2 H 5 ] 2 + [N 4 CN = N-CN 4 ] 2 - . N 2 H 4 .H 2 O in 98% purity (3.47 g, 70% yield ).

Beispiel 3 betreffend [N2H5]2 +[N4C-N=N-CN4]2 -·0,5N2H4·0,5H2O (N:82,4%):Example 3 concerning [N 2 H 5 ] 2 + [N 4 CN = N-CN 4 ] 2 - * 0.5N 2 H 4 • 0.5H 2 O (N: 82.4%):

Dinatrium 5,5'-Azotetrazole·5H2O (4,353, 15 mmol) wird zu einer Lösung von 20 mL Hydrazinhydrat (Hydrazingehalt 64%) und 2.5 ml Wasser gegeben und auf 50°C bis 70°C erhitzt. Zu dieser Lösung gibt man auf einmal Hydraziniumchlorid (2,0558, 30 mmol) und rührt die erhaltene Mischung, bis eine klare, rot-orangefarbene Lösung entstanden ist. Die Kristallisation des Produktes erfolgt in Form von feinen gelben Nadeln bei – 18°C meist innerhalb von 2h. Die Kristalle werden durch Saugfiltration von der Mutterlauge getrennt (3,32g, 13,5 mmol) und aus Hydraziniumhydrat umkristallisiert. Durch Saugfiltration und Waschen mit EtOH und Et2O erhält man [N2H5]2 +[N4C-N=N-CN4]2 -·0,5N2H4·0,5H2O in 99 % Reinheit (2,12 g, 55 % Ausbeute). Aus den Mutterlaugen lassen sich weiter Produktfraktionen gewinnen, die allerdings in Gehalt an Hydrazin/Wasser variieren.Disodium 5,5'-Azotetrazole · 5H 2 O (4.353, 15 mmol) is added to a solution of 20 mL of hydrazine hydrate (hydrazine content 64%) and 2.5 mL of water and heated to 50 ° C to 70 ° C. To this solution is added all at once hydrazinium chloride (2.0558, 30 mmol) and the resulting mixture is stirred until a clear, red-orange solution is formed. The crystallization of the product occurs in the form of fine yellow needles at -18 ° C usually within 2 hours. The crystals are separated by suction filtration from the mother liquor (3.32 g, 13.5 mmol) and recrystallized from hydrazinium hydrate. By suction filtration and washing with EtOH and Et 2 O gives [N 2 H 5 ] 2 + [N 4 CN = N-CN 4 ] 2 - · 0.5N 2 H 4 · 0.5H 2 O in 99% purity ( 2.12 g, 55% yield). From the mother liquors can continue to win product fractions, however, vary in content of hydrazine / water.

Beispiel 4 betreffend [N2H5]2 +[N4C-N=N-CN4]2 -·1,5N2H4·0,5H2O (N:82,9%):Example 4 concerning [N 2 H 5 ] 2 + [N 4 CN = N-CN 4 ] 2 - * 1.5 N 2 H 4 · 0.5H 2 O (N: 82.9%):

Dinatrium 5,5'-Azotetrazole·5H2O (4,353, 15 mmol) wird zu einer Lösung von 25 mL Hydrazinhydrat (Hydrazingehalt 64%) und 1.5 ml Wasser gegeben und auf 50°C bis 70°C erhitzt. Zu dieser Lösung gibt man auf einmal Hydraziniumchlorid (2,055g, 30 mmol) und rührt die erhaltene Mischung bei 75°C, bis eine klare, rot-orangefarbene Lösung entstanden ist. Die Kristallisation des Produktes erfolgt in Form von feinen gelben Nadeln bei –18°C meist innerhalb von 2h. Die Kristalle werden durch Saugfiltration von der Mutterlauge getrennt (3,32g, 90% Ausbeute).Disodium 5,5'-azotetrazole · 5H 2 O (4.353, 15 mmol) is added to a solution of 25 mL of hydrazine hydrate (hydrazine content 64%) and 1.5 mL of water and heated to 50 ° C to 70 ° C. To this solution are added all at once hydrazinium chloride (2.055 g, 30 mmol) and the resulting mixture is stirred at 75 ° C until a clear, red-orange solution is formed. The crystallization of the product takes place in the form of fine yellow needles at -18 ° C usually within 2h. The crystals are separated from the mother liquor by suction filtration (3.32 g, 90% yield).

Beispiel 5 betreffend DAD (I) (N:85.7%):Concerning example 5 DAD (I) (N: 85.7%):

Zu 15 mL Hydrazinhydrat (Hydrazingehalt 64%) wird Dinatrium 5,5'-Azotetrazole·5H2O (5.803, 20 mmol) gegeben und auf 50°C bis 70°C erhitzt. Zu dieser Lösung gibt man auf einmal Hydraziniumchlorid (2.74g, 40 mmol) und rührt die erhaltene Mischung bei 75°C, bis eine klare, rot-orangefarbene Lösung entstanden ist. Die Kristallisation des Produktes erfolgt in Form von feinen gelben Nadeln bei – 18°C innerhalb von 2h. Die Kristalle werden durch Saugfiltration von der Mutterlauge getrennt und mittels EtOH von anhaftenden Lösungsmittelresten befreit. Waschen mit Et2O und Trocknung liefert [N2H5]2 +[N4C-N=N-CN4]2 -·2H2H4 in 99 % Reinheit (4,21 g, 85 % Ausbeute).To 15 mL of hydrazine hydrate (hydrazine content 64%) is added disodium 5,5'-azotetrazole · 5H 2 O (5.803, 20 mmol) and heated to 50 ° C to 70 ° C. To this solution are added all at once hydrazinium chloride (2.74 g, 40 mmol) and the resulting mixture is stirred at 75 ° C until a clear, red-orange solution is formed. The crystallization of the product takes place in the form of fine yellow needles at - 18 ° C within 2h. The crystals are separated by suction filtration of the mother liquor and freed by EtOH of adhering solvent residues. Washing with Et 2 O and drying gives [N 2 H 5 ] 2 + [N 4 CN = N-CN 4 ] 2 - * 2H 2 H 4 in 99% purity (4.21 g, 85% yield).

Beispiel 6 betreffend HZT (III):Concerning example 6 HZT (III):

HZT (III) wird quantitativ durch Ausheizen im Vakuum bei Temperaturen zwischen 80 und 110°C der nach obigen Verfahren hergestellten Salze des Typs [N2H5]2 +[N4C-N=N-CN4]2 -·xN2H4·yH2O (0 ≤ x ≤ 2,0 ≤ y ≤ 1) erhalten. HZT (III) lässt sich mit Oxidatoren verreiben und pressen (z.B. ADN).HZT (III) is quantitatively prepared by baking in vacuo at temperatures between 80 and 110 ° C of the salts prepared by the above method of the type [N 2 H 5 ] 2 + [N 4 CN = N-CN 4 ] 2 - xN 2 H 4 * yH 2 O (0 ≦ x ≦ 2.0 ≦ y ≦ 1). HZT (III) can be triturated and pressed with oxidizers (eg ADN).

Beispiel 7 betreffend DAD (I):Concerning example 7 DAD (I):

DAD (I) wird in 75% Ausbeute durch Umkristallistation von HZT (III) aus Hydrazinhydrat (> 64%) erhalten. Eine Mischung von 10 g HZT und 15 g Hydrazinhydrat wird so lange erwärmt (70–90°C), bis eine klare, gelb-orange Lösung entstanden ist. Beim Abkühlen (–5 °C) kristallisiert das DAD als feine gelbe Nadeln.DAD (I) is obtained in 75% yield by recrystallization of HZT (III) hydrazine hydrate (> 64%) receive. A mixture of 10 g HZT and 15 g hydrazine hydrate is added warmed up for so long (70-90 ° C) until one clear, yellow-orange solution originated. On cooling (-5 ° C) crystallized the DAD as fine yellow needles.

Im Gegensatz zu den traditionellen energetischen Materialien (z.B. TNT, RDX oder HMX) verdanken die in Rede stehenden Verbindungen [Stickstoffgehalt variiert zwischen 79.0% (III) und 85.7% (I)] ihre hohen Energieinhalte hauptsächlich ihren hohen positiven Bildungsenthalpien ((I), 288 kcal/mol; (III), 205 kcal/mol) und nicht der Oxidation des zugrunde liegenden Kohlenwasserstoffgerüsts. Zusätzliche Verwendungsmöglichkeiten sind gegeben als Zusatz für pyrotechnische Formulierungen und Raketentreibstoffe (Hydrazin, MMH, UDMH) sowie als gaserzeugende Komponente in Formulierungen für Gasgeneratoren. DAD (I), HZTH (II) und HZT (III) zeigen gegenüber den meisten Oxidatoren gute Beständigkeiten.in the Contrary to the traditional energetic materials (e.g. TNT, RDX or HMX) owe the compounds in question [Nitrogen content varies between 79.0% (III) and 85.7% (I)] of theirs high energy content mainly their high positive enthalpies of formation ((I), 288 kcal / mol; (III), 205 kcal / mol) and not the oxidation of the underlying hydrocarbon backbone. additional uses are given as an additive for pyrotechnic formulations and rocket propellants (hydrazine, MMH, UDMH) and as a gas-generating component in formulations for gas generators. DAD (I), HZTH (II) and HZT (III) show in comparison to most oxidators good resistance.

Als Oxidationsmittel können Nitrate, Perchlorate, Dinitramide von Ammonium, Natrium, Kalium, Magnesium, Calcium oder Eisen, und andere, vorzugsweise Ammonium Dinitramid (ADN) oder Peroxide von Zink, Calcium, Strontium oder Magnesium eingesetzt werden. In Bezug auf Treibmittel werden Peroxide dabei mit einem Sauerstoffwert eingesetzt; wie er aus stabilen Verbindungen erhalten werden kann. Für Zinkperoxid liegt dieser bei etwa 11 bis 14 Gew.-%. Das entsprechende Molverhältnis wird entsprechend dem Sauerstoffbedarf der jeweiligen Verbindung (I), (II) oder (III) angepasst und liegt dabei im Bereich von 1 : 2 bis 5,5. Calciumperoxid kann einen aktiven Sauerstoffwert von beispielsweise 18,62 Gew.-% aufweisen und wird vorteilhaft im Molverhältnis HEDM/Peroxid von 1 : 3 eingesetzt. Im allgemeinen können die oben genannten Peroxide im Molverhältnis 1 : 1 bis 20 eingesetzt werden. Es können Mischungen der Peroxide untereinander oder solche mit anderen Oxidationsmitteln eingesetzt werden. Andere Oxidationsmittel sind beispielsweise die oben erwähnten. Im Falle von DAD (I) und HZTH (II) kann es in Kombination mit diversen Oxidatoren zur vorübergehenden Verflüssigung aufgrund des im Kristall enthaltenen Hydrazins (I) bzw. Wassers (II) kommen. Bestimmte Mischungen verfestigen sich nach einer gewissen Zeit wieder (z.B. ADN als Oxidator) oder lassen sich problemlos trocknen bei Temperaturen von vorzugsweise zwischen 60 und 110°C. Dabei entweicht Hydrazin bzw. Wasser und es bleibt im wesentlichen HZT (III) als Treibstoff wirkende Komponente zurück. Darüber hinaus scheint es für bestimmte Anwendungen zweckmäßiger zu sein, die Salze der Reihe [N2H5]2 +[N4C-N=N-CN4]2 -·xN2H4·yH2O (0 < x ≤ 2,0 < y ≤ 1) einzusetzen, da HZT (III) eine etwas erhöhte Schlagempfindlichkeit aufweist.The oxidizing agents used may be nitrates, perchlorates, dinitramides of ammonium, sodium, potassium, magnesium, calcium or iron, and others, preferably ammonium dinitramide (ADN) or peroxides of zinc, calcium, strontium or magnesium. With respect to propellants, peroxides are used with an oxygen value; how it can be obtained from stable compounds. For zinc peroxide this is about 11 to 14 wt .-%. The corresponding molar ratio is adjusted according to the oxygen requirement of the particular compound (I), (II) or (III) and is in the range from 1: 2 to 5.5. Calcium peroxide can have an active oxygen value of, for example, 18.62% by weight and is advantageously used in the molar ratio HEDM / peroxide of 1: 3. In general, the abovementioned peroxides can be used in a molar ratio of 1: 1 to 20. There may be mixtures of the peroxides with one another or those be used with other oxidizing agents. Other oxidizing agents are, for example, those mentioned above. In the case of DAD (I) and HZTH (II) it may come in combination with various oxidizers for temporary liquefaction due to the hydrazine (I) or water (II) contained in the crystal. Certain mixtures solidify again after a certain time (eg ADN as oxidizer) or can be dried without problems at temperatures of preferably between 60 and 110 ° C. In this case, escapes hydrazine or water and it remains essentially HZT (III) acting as a fuel component. In addition, there seems to be more appropriate for certain applications, the salts of the series [N 2 H 5] 2 + [N 4 CN = N-CN 4] 2 - · x N 2 H 4 · y H 2 O (0 <x ≤ 2 , 0 <y ≤ 1), since HZT (III) has a slightly increased impact sensitivity.

Bei Einsatz von sauer reagierenden Oxidatoren (selten bei basich reagierenden) oder anderen sauer (selten bei basich reagierenden) reagierenden Zusätzen kann es zu Reaktionen mit den Verbindungen (I), (II) oder (III) kommen. Hier ist eine Beschichtung der entsprechenden Komponenten mit anorganischen oder organischen Materialien nach an sich bekannten Verfahren zweckmäßig.at Use of acidic oxidizers (rarely reacting with basic) or other acidic (rarely reacting with basic) reacting additives it may lead to reactions with the compounds (I), (II) or (III) come. Here is a coating of the corresponding components with inorganic or organic materials according to known Method expedient.

Aufgrund des hohen Stickstoffgehalts der Verbindungen (I), (II) und (III) entstehen im Gemisch, mit oder ohne Oxidator, bei der thermischen/chemischen Umsetzung hauptsächlich N2 und H2O, neben wenig CO2 (schlecht detektierbare Signatur). Die Emissionen von energetischen Stoffen, insbesondere die von gesundheitsgefährdenden Gasen, dürfen bestimmte Grenzwerte der verschiedensten nationalen wie auch internationalen Regelwerke nicht überschreiten. Verbindungen mit hohem Stickstoffgehalt, wie die Verbindung (I), (II) oder (III), können hierzu entscheidend beitragen.Due to the high nitrogen content of the compounds (I), (II) and (III) arise in the mixture, with or without oxidizer, in the thermal / chemical conversion mainly N 2 and H 2 O, in addition to low CO 2 (poorly detectable signature). The emissions of energetic substances, in particular those of hazardous gases, must not exceed certain limit values of the most diverse national and international regulations. High nitrogen compounds, such as compound (I), (II) or (III), can contribute significantly to this.

Claims (8)

Verfahren zur Herstellung einer Verbindung der Reihe Dihydrazinium 5,5'-Azotetrazolat·x-Hydrazinat·y-Hydrat (0 ≤ x ≤ 2, 0 ≤ y ≤ 1) derart, dass die Verbindung als Produkt aus der Reaktion der beiden Edukte Alkalimetall 5,5'-Azotetrazolat und Hydraziniumsalz erhalten wird und dass diese Reaktion in einem wässrigen Reaktionsmedium duchgeführt wird.Process for the preparation of a compound of Series dihydrazinium 5,5'-azotetrazolate · x-hydrazinate · y-hydrate (0 ≦ x ≦ 2, 0 ≦ y ≦ 1), that the compound as the product of the reaction of the two reactants alkali metal 5,5'-azotetrazolate and Hydrazinium salt is obtained and that this reaction in an aqueous reaction medium duch out becomes. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Edukt Alkalimetall 5,5'-Azotetrazolat ein Dinatrium 5,5'-Azotetrazolat·x-Hydrat (x ≤ 5) ist.Process according to claim 1, wherein the educt is alkali metal 5,5'-azotetrazolate a disodium 5,5'-azotetrazolate x-hydrate (x ≤ 5). Verfahren nach Anspruch 2, bei dem das Dinatrium 5,5'-Azotetrazolat·x-Hydrat (x ≤ 5) aus einer vorgeschalteten Stufe erhalten wird, bei dem 5-Amino-1H-tetrazol·x-Hydrat (x ≤ 1) mit Natronlauge und Kaliumpermanganat umgesetzt wird.The method of claim 2, wherein the disodium 5,5'-azotetrazolate .x hydrate (x ≤ 5) an upstream step, wherein the 5-amino-1H-tetrazole x-hydrate (x ≤ 1) with Sodium hydroxide solution and potassium permanganate is reacted. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem das im Anspruch 1 genannte wässrige Reaktionsmedium kein Hydrazin aufweist.Method according to one of claims 1 to 3, wherein the im Claim 1 mentioned aqueous Reaction medium has no hydrazine. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem das im Anspruch 1 genannte Reaktionsmedium ein Hydrazin/Wasser-Gemisch umfasst.Method according to one of claims 1 to 3, wherein the im Claim 1 reaction medium called a hydrazine / water mixture includes. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem während der Reaktion der Hydrazingehalt eingestellt werden kann.Method according to claim 5, wherein during the Reaction of hydrazine content can be adjusted. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, bei dem während der in Anspruch 1 genannten Reaktion dem Reaktionsmedium wasserentziehende Salze zugesetzt werden.Method according to claim 5 or 6, wherein during the in claim 1 said reaction dehydrating the reaction medium Salts are added. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem nach Erhalt der Verbindungen aus der Reihe Dihydrazinium 5,5'-Azotetrazolat·x-Hydrazinat·y-Hydrat (0 ≤ x ≤ 2, 0 ≤ y ≤ 1) die Nebenprodukte durch Sublimation im Vakuum entfernt werden.Method according to one of claims 1 to 7, wherein upon receipt of the compounds from the series dihydrazinium 5,5'-azotetrazolate · x-hydrazinate · y-hydrate (0 ≤ x ≤ 2, 0 ≤ y ≤ 1) the by-products be removed by sublimation in vacuo.
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