[发明专利]基于并环骨架的含能化合物及其合成方法

说明书

本发明公开了一种基于并环骨架的含能化合物及其合成方法。所述的含能化合物为1,5‑二硝基‑4,8二(亚甲基)二乙酸酯‑1,4,5,8四氮杂氢化萘(2,3,6,7)并双呋咱，结构式为本发明的含能化合物的实测撞击感度为20J，摩擦感度为270N，计算爆速为7310m/s，爆压为20.8Gpa，性能优于TNT，且在室温下稳定，其合成方法简单，产率最高可达80％，合成过程安全可控，能够实现大量生产，在炸药配方等火工品等领域具有应用前景。

技术领域

本发明属于有机含能材料技术领域，涉及一种基于并环骨架的含能化合物及其合成方法。

背景技术

含能材料是发展先进武器装备的关键性物质基础，是完成枪炮弹丸发射、火箭导弹推进的动力能源，是战斗部进行毁伤的威力能源，也是航天运载、空间探测和航空救生所用助推、调资、分离装置的动力能源。现代高能量密度材料(HEDM)已广泛用于民用和军事应用。HEDM的性能通过爆压(P)和爆速(D)进行评估，这与密度、氧平衡和生成热有关。氮杂稠环的化合物骨架的构建，为引入硝基硝铵基等含能基团提供了思路，母体环的刚性大，本身具有能量密度高、结构致密等特点，通过硝基硝铵基等含能基团的引入，能够更好的改善化合物本身的性能。但是氮杂双环的化合物至今没有一个突出的化合物结构代表。然而，对不敏感和稳定性的要求以及引入更多能量丰富的官能团常常是相互矛盾的，传统的CHNO炸药的能量、感度及稳定的矛盾，让人们意识到，追求化合物的能量密度的同时，也要兼顾感度和稳定性及爆炸后的分解产物对环境是否友好还有炸药的生产制作过程的产品成本等问题。

Willer将并环四环类化合物在HNO₃/TFAA或者HNO₃/N₂O₅硝化体系下硝化，得到四硝基的并环化合物，然而由于硝基的数目多，结构不太稳定，基本上只能在-20℃或更低温度下保存，无法进行实际应用(Willer R L.Synthesis of 1,4-dinitrofurazano[3,4-b]piperazine)。

发明内容

本发明目的在于提供一种基于并环骨架的含能化合物及其合成方法。

实现本发明目的的技术解决方案是：

基于并环骨架的含能化合物，为1,5-二硝基-4,8二(亚甲基)二乙酸酯-1,4,5,8四氮杂氢化萘(2,3,6,7)并双呋咱，结构式为

上述基于并环骨架的含能化合物的合成方法，通过将中间体4,8-二甲酰基-1,4,5,8四氮杂氢化萘(2,3,6,7)并双呋咱与硝化体系反应制得，反应方程式如下：

具体步骤如下：

将4,8-二甲酰基-1,4,5,8四氮杂氢化萘(2,3,6,7)并双呋咱缓慢加入硝化体系中搅拌，温度控制在-10～0℃，加料完毕后，保持温度为-10～0℃反应，倾入冰水中，过滤，洗涤，干燥，蒸干溶剂后得到1,5-二硝基-4,8二(亚甲基)二乙酸酯-1,4,5,8四氮杂氢化萘(2,3,6,7)并双呋咱。

优选地，所述的硝化体系选自硝酸/乙酸酐(HNO₃/Ac₂O)或硝酸/三氟乙酸酐(HNO₃/TFAA)，更优选为HNO₃/Ac₂O。

优选地，所述的4,8-二甲酰基-1,4,5,8四氮杂氢化萘(2,3,6,7)并双呋咱和硝化体系中硝酸的质量体积比为1:8～1:14，g：ml；更优选为1:8～1:10，g：ml。

优选地，所述的4,8-二甲酰基-1,4,5,8四氮杂氢化萘(2,3,6,7)并双呋咱与硝化体系的质量体积比为1：5～50，g：mL。

优选地，所述的反应时间为2h～24h。