【摘要】：氮雜環(huán)類含能化合物中的能量主要來(lái)自于分子結(jié)構(gòu)中的環(huán)張力和大量含能化合鍵(如:C-N、C=N、N-N、N=N),分子氮含量越高,則化合物的生成焓越高,相應(yīng)的爆轟性能也越出色。本論文設(shè)計(jì)并合成了多個(gè)結(jié)構(gòu)新穎的氮雜環(huán)類高氮含能化合物,采用氫譜、碳譜、紅外及DSC對(duì)合成化合物進(jìn)行了表征和確認(rèn),采用理論計(jì)算預(yù)估了化合物的爆轟性能,對(duì)部分新化合物進(jìn)行了感度測(cè)試和起爆性能測(cè)試。論文主要分為以下三個(gè)部分:1.基于三硝基苯基體系氮雜環(huán)類高氮含能化合物的合成研究以2,4,6-三硝基甲苯(TNT)為起始原料,制得2,4,6-三硝基苯甲醛;2,4,6-三硝基苯甲醛分別與二硝基胍、1,5-二氨基呋咱(DAF)、5-氨基四唑在回流條件下經(jīng)醛胺縮合反應(yīng)得到1,2-二硝基-3-(2,4,6-三硝基亞芐基)胍(35),5-(2,4,6-三硝基亞芐基)甲亞胺-四唑(36)和3,4-雙(2,4,6-三硝基亞芐基甲亞胺)呋咱(37),采用DSC研究了三種化合物的熱力學(xué)性能,其中,化合物37的分解溫度達(dá)到234.3 ℃。通過(guò)理論計(jì)算預(yù)估化合物35-37的爆轟性能參數(shù)并于TNT和RDX進(jìn)行了比較。其中,化合物35的爆速達(dá)到8339 m/s、爆壓達(dá)到30.53 GPa,與RDX的爆轟性能相近。并對(duì)化合物35-37的感度性質(zhì)進(jìn)行了測(cè)試,其撞擊、摩擦和靜電感度均低于TNT和RDX。2.基于肼基三唑環(huán)氮雜環(huán)類高氮類含能化合物的合成研究以4-氨基-3-肼基-1,2,4-三唑?yàn)槌跏荚?利用其結(jié)構(gòu)中的肼基和氨基,進(jìn)行分子內(nèi)成環(huán)反應(yīng)合成化合物43。溶劑揮發(fā)法培養(yǎng)得到化合物43的晶體,利用單晶衍射對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行解析,確定了化合物43是具體結(jié)構(gòu),并對(duì)化合物43的生成原理機(jī)理進(jìn)行分析。3.綠色起爆藥三嗪-四嗪體系高氮含能化合物的合成研究以3,6-二肼基-1,2,4,5-四嗪(DHT)和三聚氯氰為原料經(jīng)親核取代得到3,6-對(duì)(2-(4,6-二氯-1,3,5-三嗪)肼基)-1,2,4,5-四嗪(45);化合物45經(jīng)疊氮化反應(yīng)合成3,6-對(duì)(2-(4,6-二疊氮基-1,3,5-三嗪)肼基)-1,2,4,5-四嗪(47);化合物47經(jīng)氧化脫氫反應(yīng)合成3,6-對(duì)(2-(4,6-二疊氮基-1,3,5-三嗪)偶氮基)-1,2,4,5-四嗪(48)。采用溶劑揮發(fā)法培養(yǎng)了化合物47的單晶,并對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行了解析。采用DSC研究化合物的熱力學(xué)性能,化合物47(193.9 ℃)滿足綠色起爆藥劑熱分解溫度大于190℃的要求。采用理論計(jì)算預(yù)估了化合物46-48生成焓,其中化合物48的生成焓高達(dá)2819.9kJ·mol-1是迄今為止報(bào)道的生成焓最高的高氮化合物之一。另外,還對(duì)化合物47和48進(jìn)行了起爆、爆轟性能研究,實(shí)驗(yàn)表明,47有望可以作為傳統(tǒng)起爆藥劑Pb(N3)2的綠色無(wú)金屬替代物,并且其起爆性能與Pb(N3)2相當(dāng);48可作為猛炸藥使用,爆轟性能與RDX相當(dāng)。
【學(xué)位授予單位】：南京理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TQ560.1
【圖文】：

邐ｇ雜環(huán)類高氮含能化合于２０７．８°Ｃ和２６０．７°Ｃ達(dá)到最高，出現(xiàn)峰值，此為化合物的放熱化合物３５和３７的放熱分解是一個(gè)非常迅速的過(guò)程，符合含能材后分別在２３０．１邋Ｙ和２８３＿２°Ｃ停止放熱。１８２．６°Ｃ時(shí)，化合物３６在化過(guò)程，后進(jìn)入放熱分解過(guò)程，分解速率在２０５．３邋°Ｃ時(shí)達(dá)到最高，放熱。由以上可知化合物３７的熱穩(wěn)定性要優(yōu)于３５和３６，這可能并且共軛體系更大，使得化合物熱穩(wěn)定性更好。逡逑ｅｘｏ邐２０７．８。。邐２０ｆ．３ｃＣ逡逑

邋邐＋Ｋ１邋ｍ邐＋逡逑邋ｖ邋）邋—邋＞邋４３＞Ｈ圖３．２化合物４３合成反應(yīng)機(jī)理逡逑析逡逑３溶于熱的甲醇溶劑中，將所得澄清溶液靜置測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)色透明晶體。利用Ｂｒｕｋｅｒ邋ＳＭＡＲＴａ射線（Ｘ＝邋０．７１０７５邋Ａ）在１１３（２）邋Ｋ溫度下收集化果表明（如圖３．２所示），化合物４３的分子式２／ｃ，細(xì)胞體積為９４６．１１（１８）邋Ａ３。晶體密度１．６７２，邋ｂ邋＝邋６．８０６５（８）邋Ａ，ｃ＝邋１０．１９１５（１０）邋Ａ，ａ＝邋９０。，４３晶胞堆積圖所示，化合物４３的單晶在ｃ軸

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