含能材料是指在一定的外界刺激下會(huì)發(fā)生化學(xué)爆炸的物質(zhì),主要包括炸藥、火藥、推進(jìn)劑、發(fā)射藥以及點(diǎn)火藥等,在軍事及工業(yè)上都占有重要的地位,對(duì)于國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)也起到不可替代的作用。多年來,獲得綜合性能優(yōu)異的高能量密度材料一直是國內(nèi)外含能材料工作者的研究目標(biāo)。本文基于量子化學(xué)理論,對(duì)多硝基六氮雜三環(huán)十二烷二酮類化合物(化合物I~IV)、TDCD以及疊氮基葫蘆脲類化合物(V~VI)進(jìn)行了理論性能研究,結(jié)果顯示:HHTDD(化合物IV)密度高達(dá)2.04 g/cm3,爆速達(dá)到9794 m/s,爆壓達(dá)到45.7 GPa;化合物I~III密度介于1.921~1.99 g/cm3,爆速介于8877~9409 m/s,爆壓介于36.3~41.6GPa。TDCD密度為1.99 g/cm3,爆速達(dá)到8410 m/s,爆壓達(dá)到32.8 GPa,綜合性能與RDX相當(dāng)。而疊氮基葫蘆脲類化合物(V~VI)爆速和爆壓略低。以上理論計(jì)算結(jié)果表明,這些化合物均具有良好的爆轟性能,具有足夠的合成和性能研究價(jià)值。本文以甲酰胺和乙二醛為原料合成DFTHP,之后經(jīng)縮合反應(yīng)得到六氮雜三環(huán)十二烷二酮鹽酸鹽,經(jīng)初步硝化得到四硝基六氮雜三環(huán)十二烷二酮(化合物I、II),并對(duì)這兩步的合成工藝進(jìn)行了優(yōu)化。DSC-TG圖顯示兩種化合物都具有較好的熱穩(wěn)定性。采用色譜純乙腈/NO2BF4硝化體系進(jìn)一步硝化化合物II,很遺憾未得到HHTDD。TDCD是一種典型的硝基脲類含能材料,具有一定的應(yīng)用前景。本文以甘氨酸和尿素為原料,經(jīng)縮合、還原、乙�；�、光催化[2+2]環(huán)加成反應(yīng),得到了1,3,4,6-四乙酰基八氫環(huán)丁基-[1,2-d;3,4-d']二咪唑-2,5-二酮。合成路線中,光催化[2+2]環(huán)加成反應(yīng)是主要限制步驟,對(duì)該反應(yīng)進(jìn)行了工藝優(yōu)化。葫蘆脲分子具有籠狀結(jié)構(gòu)骨架,且骨架可以進(jìn)行衍生修飾,因此成為含能材料的一個(gè)重要前體化合物。將疊氮基引入雜環(huán)骨架能明顯增加分子的密度和能量水平,因此成為含能材料的一個(gè)重要研究方向。本文設(shè)計(jì)了以尿素與乙二醛為原料合成甘脲,經(jīng)縮合反應(yīng)、氧化反應(yīng)、鹵化反應(yīng)、疊氮化反應(yīng)制備疊氮基葫蘆脲的路線,對(duì)氧化反應(yīng)的工藝條件進(jìn)行了優(yōu)化,并以SN1、SN2和自由基三種鹵化反應(yīng)機(jī)理研究了其鹵化反應(yīng)。推測由于羥基葫蘆脲中赤道位置與兩個(gè)酰胺基相連使得其鹵化反應(yīng)很難進(jìn)行。
【學(xué)位單位】：北京理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2016
【中圖分類】：TQ560.1
【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 前言
    1.1 高能量密度材料的研究背景
    1.2 硝基環(huán)脲類含能材料的研究背景
        1.2.1 脲縮合-硝化法
        1.2.2 小分子縮合-硝化法
        1.2.3 環(huán)硝基胍類化合物硝化法
    1.3 HHTDD和TDCD的研究背景
    1.4 本論文的研究內(nèi)容
第2章 理論計(jì)算研究
    2.1 引言
    2.2 7種含能材料的理論計(jì)算
    2.3 本章小結(jié)
第3章 HHTDD的合成研究
    3.1 實(shí)驗(yàn)部分
        3.1.1 實(shí)驗(yàn)儀器及試劑
        3.1.2 HHTDD的合成研究
    3.2 結(jié)果與討論
        3.2.1 六氮雜三環(huán)十二烷二酮鹽酸鹽的合成工藝研究
        3.2.2 四硝基六氮雜三環(huán)十二烷二酮的合成研究
        3.2.3 兩種四硝基六氮雜三環(huán)十二烷二酮的熱性能測試
        3.2.4 六硝基六氮雜三環(huán)十二烷二酮（HHTDD）的合成探索
    3.3 本章小結(jié)
第4章 TDCD的合成研究
    4.1 實(shí)驗(yàn)部分
        4.1.1 實(shí)驗(yàn)儀器及試劑
        4.1.2 TDCD的合成探索
    4.2 光催化[2+2]環(huán)加成反應(yīng)的工藝研究
    4.3 本章小結(jié)
第5章 疊氮基葫蘆脲的合成研究
    5.1 葫蘆脲的合成分離
        5.1.1 甘脲的合成
        5.1.2 葫蘆脲的合成與分離
    5.2 葫蘆脲的羥基化反應(yīng)
    5.3 結(jié)果與討論
        5.3.1 葫蘆脲羥基化反應(yīng)的工藝研究
        5.3.2 羥基化葫蘆脲鹵化反應(yīng)研究
    5.4 本章小結(jié)
結(jié)論與展望
參考文獻(xiàn)
附錄
攻讀學(xué)位期間發(fā)表論文與研究成果清單
致謝

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