近年来, 氮杂芳环含能化合物及富氮离子盐衍生物的设计、合成及性能研究受到含能材料研究者的广泛关注[1-4], 该类化合物因分子结构中含有大量的C＝N、N—N、N＝N键, 普遍具有高的正生成热, 高氮、低碳氢含量的特点使化合物更容易达到氧平衡, 同时, 较高氮含量使该类化合物分解产物主要为清洁无污染的氮气, 且产气量较大, 未来在高能混合炸药、低特征信号推进剂和气体发生剂等含能材料领域具有广阔的应用前景[5-7]。1, 4-二氨基-3, 6-二硝基吡唑[4, 3-c]并吡唑(DADNP)是一种性能优良的富氮、稠环含能化合物, 其密度为1.85 g·cm-3, 氮含量为49.12%, 热分解温度为232 ℃, 爆热为奥克托今(HMX)的104%[8]。利用其结构中氨基的反应活性, 可进一步形成硝胺基、三硝乙氨基、偶氮基等含能基团, 从而设计合成出结构多样、性能优良的含能衍生物[9-11]。
西安近代化学研究所[12-13]于2014年首先设计并成功合成了1, 4-二硝胺基-3, 6-二硝基吡唑[4, 3-c]并吡唑(DNANP), 随后美国Jean′ne M. Shreeve课题组[14]报道了DNANP及其部分含能盐的合成及性能。DNANP的密度1.92 g·cm-3, 氮氧含量高达84.3%, 爆速9.432 km·s-1, 爆压41.8 GPa, 生成热693.7 kJ·mol-1, 爆热7348 kJ·kg-1, 能量水平明显优于HMX。DNANP作为一种综合性能优良的新型含能化合物, 未来在含能材料领域具有潜在的应用前景。
本研究以自制的DADNP为原料, 经硝化、中和、复分解等反应合成出高能材料DNANP[14]及其系列含能盐——铵盐、肼盐、羟胺盐、氨基胍盐、三氨基胍盐、二氨基四唑盐、二肼基四嗪盐、碳酰肼盐、脒基脲盐、氨基脲盐、二氨基呋咱盐、草酰肼盐样品, 并表征其结构; 利用差示扫描量热法研究了化合物的热性能; 采用Gaussian 09程序[15]中的CBS-4M方法和Kamlet-Jacobs爆轰方程[16]预估了目标化合物的爆轰性能, 为其进一步测试及应用提供基础。
2 实验部分 2.1 试剂与仪器碳酸氢钠、浓氨水(质量分数26%～28%)、水合肼(质量分数80%)、羟胺水溶液(质量分数50%)、甲醇、三氟乙酸等, 分析纯, 成都市科龙化工试剂厂; 浓硫酸(95%～98%), 分析纯, 西安福晨化学试剂有限公司; 氨基脲盐酸盐、氨基胍碳酸盐、碳酰肼、草酰肼, 分析纯, 济南伟都化工试剂有限公司; 100%纯硝酸、1, 4-二氨基-3, 6-二硝基吡唑[4, 3-c]并吡唑(DADNP)[17]、3, 4-二氨基呋咱、三氨基胍硝酸盐、1, 5-二氨基四唑、3, 6-二肼基四嗪、脒基脲硝酸盐, 均为实验室自制。
NEXUS 870型傅立叶变换红外光谱仪, 美国Nicolet公司; AV 500型(500MHz)超导核磁共振仪, 瑞士BRUKER公司; Vario EL Ⅲ型自动微量有机元素分析仪, 德国Elementar公司; GCMS-QP2010型质谱仪, 日本岛津公司; DSC-204差示扫描量热仪, 德国Netzsch公司; SMART APEX Ⅱ CCD X-射线单晶衍射仪, 德国Bruker公司。
2.2 合成路线以DADNP为原料, 经硝化反应合成了DNANP[14], DNANP与有机胺发生中和、复分解等反应制备了12种有机含能盐, 合成路线如Scheme 1所示。
|
Scheme1 Synthetic routes of DNANP and its energetic salts |
室温下, 将0.456 g(2 mmol)DADNP、50.0 mL浓硫酸加入反应瓶中, 搅拌30 min完全溶解后, 冰盐浴冷却至-15～-10 ℃, 缓慢滴加10.0 mL 100%纯硝酸, 控制体系温度不高于-10 ℃, 加完后维持-15～-10 ℃反应2 h, 向体系中加入50.0 mL冷的三氟乙酸, 搅拌5 min, 低温快速过滤、三氟乙酸洗涤、真空干燥得0.59 g淡灰色固体, 收率为92.8%。
1H NMR(DMSO-d6, 500 MHz) δ: 10.87(s, 2H, 2NH); 13C NMR(DMSO-d6, 125 MHz) δ: 128.60, 133.44; IR(KBr, ν/cm-1): 3216, 1633, 1556, 1422, 1376, 1359, 1297, 1187, 1112, 1056, 926, 822; Anal. calcd. for C4H2N10O8(%): C 15.10, H 0.63, N 44.03; found C 15.21, H 0.54, N 44.15; MS(ESI-)m/z: 317.1[M-H]-。
2.3.2 DADNANP的合成室温下, 将0.159 g(0.5 mmol)DNANP、5.0 mL甲醇加入反应瓶中, 搅拌完全溶解后, 缓慢滴加0.27 g(2 mmol)浓氨水, 加完后室温反应1 h, 冷却、过滤、甲醇洗、干燥得0.16 g黄色固体, 收率为90.9%。
1H NMR(DMSO-d6, 500 MHz) δ: 7.10(s, 2NH4+); 13C NMR(DMSO-d6, 125 MHz) δ: 128.49, 133.21; IR(KBr, ν/cm-1): 3223, 3052, 1534, 1496, 1419, 1381, 1322, 1263, 1194, 1118, 908, 831; Anal. calcd. for C4H8N12O8(%): C 13.64, H 2.29, N 47.73; found C 13.74, H 2.36, N 47.65。
2.3.3 DHDNANP的合成室温下, 将0.159 g(0.5 mmol)DNANP、5.0 mL甲醇加入反应瓶中, 冰水浴降温至0～5 ℃, 滴加0.063 g(1 mmol)80%的水合肼, 加完后升至室温反应1 h, 冷却、过滤、甲醇洗、干燥得0.17 g黄色固体, 收率为89.0%。
1H NMR(DMSO-d6, 500 MHz) δ: 7.06(s, 2N2H5+); 13C NMR(DMSO-d6, 125 MHz) δ: 128.49, 133.19; IR(KBr, ν/cm-1): 3329, 3275, 3199, 1616, 1535, 1495, 1374, 1321, 1275, 1199, 1127, 1095, 963, 901, 830; Anal. calcd. for C4H10N14O8(%): C 12.57, H 2.64, N 51.31; found C 12.67, H 2.57, N 51.42。
2.3.4 DHADNANP的合成室温下, 将0.159 g(0.5 mmol)DNANP、6.0 mL甲醇加入反应瓶中, 冰水浴降温至0～5 ℃, 滴加0.066 g(1 mmol)50%的羟胺水溶液, 加完后升温至30 ℃反应1 h, 过滤, 滤液蒸除溶剂、干燥得0.18 g黄色固体, 收率为93.8%。
1H NMR(DMSO-d6, 500 MHz) δ: 10.02(s, 2NH3OH+); 13C NMR(DMSO-d6, 125 MHz)δ: 128.48, 133.19; IR(KBr, ν/cm-1): 3440, 3149, 3051, 3002, 1551, 1533, 1496, 1420, 1383, 1323, 1278, 1203, 1151, 1122, 993, 908, 833; Anal. calcd. for C4H8N12O10(%): C 12.51, H 2.10, N 43.75; found C 12.62, H 2.04, N 43.83。
2.3.5 DAGDNANP的合成室温下, 依次将0.159 g(0.5 mmol)DNANP、5.0 mL甲醇和0.136 g(1 mmol)氨基胍碳酸盐加入反应瓶中, 搅拌10 min后, 缓慢升温至55 ℃反应1 h, 直到体系无气泡产生, 冷却、过滤、干燥得0.22 g黄色固体, 收率为94.4%。
1H NMR(DMSO-d6, 500 MHz) δ: 4.68(s, 4H, 2NH2+), 6.75(s, 4H, 2NH2), 7.26(s, 4H, 2NH2), 8.58(s, 2H, 2NH); 13C NMR(DMSO-d6, 125 MHz) δ: 128.49, 133.19, 159.23; IR(KBr, ν/cm-1): 3405, 3267, 1679, 1609, 1529, 1488, 1449, 1379, 1314, 1288, 1207, 1122, 950, 899, 831; Anal. calcd. for C6H14N18O8(%): C 15.45, H 3.03, N 54.07; found C 15.57, H 3.10, N 53.96。
2.3.6 DTAGDNANP的合成室温下, 依次将0.08 g(0.25 mmol)DNANP、3.5 mL水和0.042 g(0.5 mmol)碳酸氢钠加入反应瓶中, 搅拌20 min后, 加入0.084 g(0.5 mmol)三氨基胍硝酸盐, 加完后缓慢升温至50 ℃反应1 h, 冷却、静置、过滤、干燥得0.11 g黄色固体, 收率为83.7%。
1H NMR(DMSO-d6, 500 MHz) δ: 4.49(s, 12H, 6NH2), 8.58(s, 6H, 6NH); 13C NMR(DMSO-d6, 125 MHz) δ: 128.48, 133.17, 159.50; IR(KBr, ν/cm-1): 3355, 3320, 3216, 1685, 1529, 1417, 1384, 1362, 1324, 1184, 1120, 1051, 954; Anal. calcd. for C6H18N22O8(%): C 13.69, H 3.45, N 58.54; found C 13.76, H 3.39, N 58.48。
2.3.7 DATDNANP的合成室温下, 将0.159 g(0.5 mmol)DNANP、6.0 mL甲醇加入反应瓶中, 搅拌溶解后, 加入0.1 g (1 mmol)DAT, 升温至55 ℃反应1 h, 冷却、过滤、干燥得0.22 g微黄色固体, 收率为84.9%。
1H NMR(DMSO-d6, 500 MHz) δ: 7.72(s, 2DATH+); 13C NMR(DMSO-d6, 125 MHz) δ: 128.56, 133.34, 154.04; IR(KBr, ν/cm-1): 3363, 3281, 2959, 2861, 2700, 1726, 1541, 1426, 1385, 1328, 1270, 1191, 1119, 927; Anal. calcd. for C6H10N22O8(%): C 13.90, H 1.94, N 59.46; found C 13.83, H 2.05, N 59.53。
2.3.8 DHTDNANP的合成室温下, 依次将0.159 g(0.5 mmol)DNANP、5.0 mL甲醇和0.072 g(0.5 mmol)3, 6-二肼基四嗪加入反应瓶中, 搅拌10 min后, 缓慢升温至50 ℃反应1.5 h, 冷却、过滤、干燥得0.19 g黄褐色固体, 收率为82.6%。
1H NMR(DMSO-d6, 500 MHz) δ: 10.68(s, DHT2+); 13C NMR(DMSO-d6, 125 MHz) δ: 128.48, 133.20, 161.65; IR(KBr, ν/cm-1): 3544, 3357, 3111, 2912, 2690, 1544, 1504, 1383, 1342, 1299, 1124, 1051, 1007, 937; Anal. calcd. for C6H8N18O8(%): C 15.66, H 1.75, N 54.78; found C 15.74, H 1.68, N 54.87。
2.3.9 CDNANP的合成室温下, 将0.159 g(0.5 mmol)DNANP、6.0 mL甲醇加入反应瓶中, 搅拌溶解后, 加入0.045 g(0.5 mmol)碳酰肼, 加完后升温至50 ℃反应1 h, 冷却、过滤、干燥得0.17 g淡黄色固体, 收率为84.2%。
1H NMR(DMSO-d6, 500 MHz) δ: 9.40(s, CH2+); 13C NMR(DMSO-d6, 125 MHz) δ: 128.48, 133.19, 157.95; IR(KBr, ν/cm-1): 3375, 3299, 3068, 1724, 1597, 1546, 1509, 1382, 1321, 1290, 1189, 1127, 972, 904, 830; Anal. calcd. for C5H8N14O9(%): C 14.71, H 1.98, N 48.04; found C 14.65, H 2.04, N 48.15。
2.3.10 DGUDNANP的合成室温下, 依次将0.159 g(0.5 mmol)DNANP、7.5 mL水和0.084 g(1 mmol)碳酸氢钠加入反应瓶中, 搅拌至体系无气泡, 加入0.165 g(1 mmol)脒基脲硝酸盐, 升温至50 ℃反应1.5 h, 冷却、过滤、干燥得0.22 g黄色固体, 收率为84.3%。
1H NMR(DMSO-d6, 500 MHz) δ: 7.13(s, 4H, 2NH2+), 8.04(s, 8H, 4NH2), 9.60(s, 2H, 2NH); 13C NMR(DMSO-d6, 125 MHz) δ: 128.49, 133.20, 154.80, 155.82; IR(KBr, ν/cm-1): 3445, 3354, 3302, 3197, 1733, 1694, 1656, 1592, 1526, 1492, 1417, 1380, 1320, 1283, 1215, 1130, 1075, 902, 833; Anal. calcd. for C8H14N18O10(%): C 18.40, H 2.70, N 48.27; found C 18.51, H 2.64, N 48.33。
2.3.11 DAUDNANP的合成室温下, 依次将0.159 g(0.5 mmol)DNANP、6.0 mL水和0.084 g(1 mmol)碳酸氢钠加入反应瓶中, 搅拌15 min后, 待体系无气泡产生时, 加入0.112 g(1 mmol)氨基脲盐酸盐, 升温至50 ℃反应1 h, 浓缩、冷却、过滤、干燥得0.15 g黄色固体, 收率为64.1%。
1H NMR(DMSO-d6, 500 MHz) δ: 6.58(s, 4H, 2NH2), 8.60(s, 2H, 2NH2), 9.72(s, 6H, 2NH3+); 13C NMR(DMSO-d6, 125 MHz) δ: 128.48, 133.19, 158.28; IR(KBr, ν/cm-1): 3478, 3379, 3183, 2923, 1709, 1611, 1536, 1419, 1384, 1322, 1279, 1202, 1122, 1023, 903, 829; Anal. calcd. for C6H12N16O10(%): C 15.39, H 2.58, N 47.86; found C 15.49, H 2.52, N 47.94。
2.3.12 DAFDNANP的合成室温下, 依次将0.159 g(0.5 mmol)DNANP、5.0 mL甲醇和0.1 g(1 mmol)3, 4-二氨基呋咱加入反应瓶中, 搅拌10 min后, 缓慢升温至55 ℃反应1 h, 蒸除溶剂, 加入3.0 mL乙酸乙酯搅拌, 过滤、干燥得0.23 g淡灰色固体, 收率为88.8%。
1H NMR(DMSO-d6, 500 MHz) δ: 5.73(s, 2AFH+); 13C NMR(DMSO-d6, 125 MHz) δ: 128.50, 133.22, 150.18; IR(KBr, ν/cm-1): 3426, 3322, 3261, 3198, 1645, 1589, 1475, 1352, 1299, 974, 861; Anal. calcd. for C8H10N18O10(%): C 18.54, H 1.94, N 48.65; found C 18.63, H 1.87, N 48.76。
2.3.13 ODDNANP的合成室温下, 依次将0.159 g(0.5 mmol)DNANP、5.0 mL甲醇和0.059 g(0.5 mmol)草酰肼加入反应瓶中, 搅拌10 min后, 缓慢升温至55℃反应1 h, 冷却、过滤、干燥得0.20 g淡黄色固体, 收率为91.7%。
1H NMR(DMSO-d6, 500 MHz) δ: 9.84(s, ODH2+); 13C NMR(DMSO-d6, 125 MHz) δ: 128.49, 133.19, 157.40; IR(KBr, ν/cm-1): 3243, 3128, 1696, 1607, 1530, 1385, 1317, 1273, 1200, 1122, 1040, 909, 830; Anal. calcd. for C6H8N14O10(%): C 16.52, H 1.85, N 44.95; found C 16.60, H 1.92, N 44.86。
3 结果与讨论 3.1 目标物的合成考察了纯硝酸、硝酸/醋酐、N2O5、硝酸/三氟乙酸、硝硫混酸等不同硝化剂体系对合成DNANP的影响, 结果显示, DADNP与硝硫混酸在极低温度条件下(-15～-10 ℃), 经硝化反应可有效地生成DNANP, 且由于DNANP极易吸潮, 因此, 过滤后处理过程中必须保持低温, 产物快速转移至碱性真空干燥器中干燥、保存。利用DNANP分子结构中活泼氢的酸性特点, 与有机胺经中和、复分解等反应制备了12种DNANP含能盐。
3.2 DNANP的晶体结构解析选取尺寸为0.31 mm × 0.26 mm × 0.14 mm的单晶, 放置于Bruker SMART APE Ⅱ CCD的X-射线单晶衍射仪上, 用经过石墨单色器单色化的Mo Kα射线(λ=0.071073 nm)为光源, 以ω-θ扫描方式, 在296(2) K, 3.27°≤θ≤25.10°范围内共收集4121个衍射点, 其中1546[R(int)=0.0243]个独立衍射点, 所有计算由SHELXL 97程序包解出, 非氢原子坐标和各向异性温度因子经全矩阵最小二乘法修正, 数据经Lp因子及经验吸收校正。晶体结构由直接法和Fourier合成法解出, 经全矩阵最小二乘法对F2进行修正。DNANP·CH3COOH的晶体结构及衍射参数见表 1。
|
表 1 DNANP·CH3COOH的晶体结构及衍射参数 Tab.1 Crystallographic structure and refinement parameters of DNANP·CH3COOH |
DNANP·CH3COOH的晶体结构及晶胞堆积图分别如图 1、图 2所示。从图 1和图 2中可以看出, DNANP晶体中结合了一个的乙酸分子, 吡唑环和环外C—NO2中所有碳氮键的键长均介于C＝N双键(1.27 Å)和C—N单键(1.48 Å)之间, 而C(1)—C(1)#1和C(1)—C(2)#1的键长分别为1.362(5)Å和1.408(3) Å, 介于C＝C双键(1.32 Å)和C—C单键(1.53 Å)之间, 晶体结构解析显示, 由于共轭效应, 吡唑并吡唑环和两个环上C—NO2的所有原子几乎处在同一平面上, 彼此间的二面角接近0°或180°; 二面角N(2)—N(3)—N(4)—N(5)和C(1)—N(3)—N(4)—N(5)分别为-102.5(2)°和69.5(3)°, 表明两个N—硝胺基所在的平面与吡唑并吡唑环平面呈现一定的夹角。同时由于DNANP分子中亚氨基和乙酸分子中羟基等活性氢的存在, 晶体中存在较丰富的氢键作用。
|
图 1 DNANP·CH3COOH的单晶结构 Fig.1 Single crystal structure of DNANP·CH3COOH |
|
图 2 DNANP·CH3COOH的晶胞堆积图 Fig.2 Packing of molecule DNANP·CH3COOH in the crystal lattice |
采用DSC方法研究了DNANP及12种含能盐的热稳定性(条件:动态氮气气氛, 压力为0.1 MPa, 温度范围25～500 ℃, 升温速率5 ℃·min-1, 试样量0.5～1.0 mg, 试样皿为铝盘), 结果如图 3所示。
|
图 3 DNANP及其含能盐的DSC曲线 Fig.3 DSC curves of DNANP and its energetic salts |
从图 3中所有化合物的热分解曲线可以看出, DNANP及其含能盐都没有吸热熔化峰, 只存在放热分解峰, 表明所有化合物的热分解没有经历吸热熔化的相变过程, 而是固相直接分解。DNANP的热分解峰温为133.28 ℃, 将其与不同有机碱发生反应形成相应的铵盐、肼盐、羟胺盐、氨基胍盐、三氨基胍盐、1, 5-二氨基四唑盐、3, 6-二肼基四嗪盐、碳酰肼盐、脒基脲盐、氨基脲盐、3, 4-二氨基呋咱盐和草酰肼盐等12种高氮含能盐化合物后, 12种含能盐较母体化合物DNANP均表现出更好的热稳定性, 热分解峰温度分别提高了43.38, 45.17, 22.24, 23.62, 11.50, 27.58, 22.32, 25.77, 65.62, 24.82, 39.78 ℃和24.13 ℃。由此可见, 通过将含酸性氢的含能化合物转化成相应的含能盐, 使目标化合物形成丰富的分子内或者分子间氢键作用, 有望显著降低化合物酸性, 进一步改善化合物的热稳定性。
3.4 DNANP及其含能盐的爆轰性能DNANP是一种白色粉状固体, 其含能盐大多为淡黄色至黄褐色粉状固体, 可溶于二甲基亚砜、N, N-二甲基甲酰胺等。采用Gaussian 09程序中的密度泛函理论(DFT), 获得了B3LYP/6-31G**水平下所有化合物的稳定优化构型, 利用Monte-Carlo法[18]和CBS-4M方法[19]分别计算了化合物的密度和固相生成热; 基于密度和生成热, 利用Kamlet-Jacobs爆轰方程[15]预估了DNANP及其含能盐的爆轰性能, DNANP及其含能盐与TNT、RDX、HMX的性能对比见表 2。
|
|
表 2 DNANP及其含能盐的性能 Tab.2 The properties of DNANP and its energetic salts |
由表 1的结果可以看出, DNANP及其含能盐的固相生成热普遍较高(脒基脲盐除外, 105.6 kJ·mol-1), 介于285.9～1444.3 kJ·mol-1, 其中1, 5-二氨基四唑盐具有最高的生成热1444.3 kJ·mol-1, 远高于常用硝胺炸药RDX(92.6 kJ·mol-1)和HMX(104.8 kJ·mol-1); DNANP及其肼盐、羟胺盐的爆速、爆压和爆热均明显高于HMX, 表现出优异的爆轰性能水平, 而其余含能盐的爆轰性能水平大多与RDX相当。因此, 将DNANP及其含能盐作为一类新型高能量密度材料应用于火炸药配方, 有望改善配方的综合能量性能。
4 结论(1) 以自制的1, 4-二氨基-3, 6-二硝基吡唑[4, 3-c]并吡唑为原料, 合成了DNANP及其12种含能盐, 并对目标化合物的结构进行了表征。
(2) 采用DSC方法研究了DNANP及其铵盐、肼盐、羟胺盐、氨基胍盐、三氨基胍盐、二氨基四唑盐、二肼基四嗪盐、碳酰肼盐、脒基脲盐、氨基脲盐、二氨基呋咱盐和草酰肼盐等12种高氮含能盐的热性能, 结果表明, 12种含能盐较DNANP的热分解峰温度分别提高了43.38, 45.17, 22.24, 23.62, 11.50, 27.58, 22.32, 25.77, 65.62, 24.82, 39.78 ℃和24.13 ℃, 含能盐较DNANP表现出更好的热稳定性。
(3) DNANP及其含能盐(脒基脲盐除外)的生成热介于285.9～1444.3 kJ·mol-1, 远高于常用硝胺炸药RDX(92.6 kJ·mol-1)和HMX(104.8 kJ·mol-1)。
(4) DNANP及其肼盐、羟胺盐的爆速、爆压和爆热均明显高于HMX, 表现出优异的爆轰性能水平, 有望应用于火炸药配方, 显著改善配方的综合性能。
| [1] |
Gao Hai-xiang, Shreeve J M. Azole-based energetic salts[J].
Chemical Reviews, 2011, 111(11): 7377-7436. DOI:10.1021/cr200039c |
| [2] |
王子俊, 葛忠学, 邱少君, 等. 1, 1′-二(硝氧甲基)-3, 3′-二硝基-5, 5′-联-1, 2, 4-三唑的合成及性能[J].
火炸药学报, 2014, 37(5): 14-19. WANG Zi-jun, GE Zhong-xue, QIU Shao-jun, et al. Synthesis and performance of 1, 1′-di(nitroxymethyl)-3, 3′-dinitro-5, 5′-bis-1, 2, 4- triazole[J]. Chinese Journal of Explosives & Propellants, 2014, 37(5): 14-19. |
| [3] |
黄晓川, 郭涛, 刘敏, 等. 联唑类含能化合物及其含能盐研究进展[J].
含能材料, 2015, 23(3): 291-301. HUANG Xiao-chuan, GUO Tao, LIU Min, et al. Review on bis-azoles and its energetic ion derivatives[J]. Chinese Journal of Energetic Materials(Hanneng Cailiao), 2015, 23(3): 291-301. DOI:10.11943/j.issn.1006-9941.2015.03.017 |
| [4] |
Zhang Qing-hua, Shreeve J M. Energetic ionic liquids as explosives and propellant fuels: a new journey of ionic liquid chemistry[J].
Chemical Reviews, 2014, 114(20): 10527-10574. DOI:10.1021/cr500364t |
| [5] |
Li Yu-chuan, Liu Wei, Pang Si-ping. Synthesis and characterization of 5-nitro-2-nitratomethyl-1, 2, 3, 4-tetrazole: a high nitrogen energetic compound with good oxygen balance[J].
Molecules, 2012, 17(5): 5040-5049. DOI:10.3390/molecules17055040 |
| [6] |
Dippold A A, Klapötke T M, Oswald M. Asymmetrically substituted 5, 5′-bistriazoles-nitrogen rich materials with various energetic functionalities[J].
Dalton Transactions, 2013, 42(31): 11136-11145. DOI:10.1039/c3dt51205c |
| [7] |
Fischer N, Izsák D, Klapötke T M, et al. The chemistry of 5-(tetrazol-1-yl)-2H-tetrazole: an extensive study of structural and energetic properties[J].
Chemistry-A European Journal, 2013, 19(27): 8948-8957. DOI:10.1002/chem.v19.27 |
| [8] |
Philip F P, Gregory S L, Alexander R M, et al. A review of energetic materials synthesis[J].
Thermochimi Acta, 2002, 384: 187-204. DOI:10.1016/S0040-6031(01)00805-X |
| [9] |
Yongxing Tang, Hongwei Yang, Bo Wu, et al. Synthesis and characterization of a stable, catenated N11 energetic salt[J].
Angewandte Chemie International Edition, 2013, 52(18): 4875-4877. DOI:10.1002/anie.v52.18 |
| [10] |
Göbel M, Klapötke T M. Development and testing of energetic materials: the concept of high densities based on the trinitroethyl functionality[J].
Advance Functional Materials, 2009, 19(3): 347-365. DOI:10.1002/adfm.v19:3 |
| [11] |
Fischer D, Klapötke T M, Stierstorfer J. 1, 5-Di(nitramino)tetrazole: high sensitivity and superior explosive performance[J].
Angewandte Chemie International Edition, 2015, 54(35): 10299-10302. DOI:10.1002/anie.201502919 |
| [12] |
李亚南, 王伯周, 廉鹏, 等. 1, 4-二硝氨基-3, 6-二硝基吡唑[4, 3-c]并吡唑化合物:
ZL 201418000726. 6[P], 2014. LI Ya-nan, WANG Bo-zhou, LIAN Peng, et al. 1, 4-Dinitramino-3, 6-dinitropyrazolo[4, 3-c]pyrazole compound: ZL 201418000726. 6[P], 2014. |
| [13] |
Ya-nan LI, Bo-zhou WANG, Yuan-jie SHU, et al. Synthesis and property of 1, 4-diamino-3, 6-dinitropyrazolo[4, 3-c]pyrazole and its derivatives[J].
Central European Journal of Energetic Materials, 2016, 13(2): 321-331. DOI:10.22211/cejem/64987 |
| [14] |
Ping Yin, Jiaheng Zhang, Mitchell L A, et al. 3, 6-Dinitropyrazolo[4, 3-c]pyrazole-based multipurpose energetic materials through versatile N-functionalization strategies[J].
Angewandte Chemie International Edition, 2016, 55: 12895-12897. DOI:10.1002/anie.201606894 |
| [15] |
Frisch M J, Trucks G W, Schlegel H B, et al, Gaussian 09[CP], Gaussian, Inc., Wallingford CT, 2009.
|
| [16] |
Kamlet M J, Jacobs S J. Chemistry of detonation I. a simple method for calculating detonation properties of CHNO explosives[J].
Journal of Chemistry Physical, 1968, 48(1): 23-35. DOI:10.1063/1.1667908 |
| [17] |
李亚南, 唐婷, 廉鹏, 等. 1, 4-二氨基-3, 6-二硝基吡唑[4, 3-c]并吡唑(LLM-119)的合成、热性能及量子化学研究[J].
有机化学, 2012, 32(3): 580-588. LI Ya-nan, TANG Ting, LIAN Peng, et al. Synthesis, thermal performance and quantum chemistry study on 1, 4-diamino-3, 6-dinitropyrazolo[4, 3-c]pyrazole(LLM-119)[J]. Chinese Journal of Organic Chemistry, 2012, 32(3): 580-588. |
| [18] |
Rice B M, Hare J J, Byrd E F E. Accurate predictions of crystal densities using quantum mechanical molecular volumes[J].
Journal of Chemistry Physical A, 2007, 111(42): 10874-10879. DOI:10.1021/jp073117j |
| [19] |
Montgomery J A, Frisch M J, Ochterski J W, et al. A complete basis set model chemistry Ⅶ. use of the minimum population localization method[J].
Journal of Chemistry Physical, 2000, 112: 6532-6542. DOI:10.1063/1.481224 |
| [20] |
Zhang Y Q, Guo Y, Joo Y H, et al. 3, 4, 5-Trinitropyrazole-based Energetic Salts[J].
Chemistry-European Journal, 2010, 16: 10778-10784. DOI:10.1002/chem.201001243 |
| [21] |
Mayer R, Köhler J, Homburg A. Explosive. 6th ed[M]. Weinheim, Germany, Wiley-VCH, 2007, ISBN 9783527316564.
|
1, 4-Dinitramino-3, 6-dinitropyrazolo[4, 3-c]pyrazole(DNANP) and its organic energetic salts were synthesized via nitrification, neutralization and metathesis reactions. Their structures were confirmed by IR spectrometry, 1H NMR, 13C NMR, elemental analyses, mass spectrometry. The thermal performance of all compounds were tested by DSC. The detonation properties of target compounds were predicted.