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新型1,3,4-噁二唑联环类含能化合物的合成与性能研究认领

作者：

钱磊

学位授予单位：

南京理工大学

摘要：

含能化合物是目前含能材料领域的研究热点与重点,大量研究者一直在努力设计合成出具有出色的爆轰性能和低感度的含能化合物。将一些相同或不同的氮杂环组合成一个分子,已成为设计和合成含能化合物的广泛使用的策略。本论文通过优化分子结构,设计并合成出多个系列的含能化合物,并对其结构和性能进行了深入研究,主要分为以下三个部分:（1）氧化呋咱联1,3,4-噁二唑类含能化合物的合成研究以丙二酸单乙酯单钾盐为起始原料,经硝化、亚硝化、酰肼化、环化反应制备出3-氨基-4-（5-氨基-1,3,4-噁二唑基）氧化呋咱（103）。通过对103的氧化和硝化得到氧化产物104和硝化产物105。105与氨气在不同溶剂下反应得到两个含能离子盐105a和105b。采用1H NMR、13C NMR、红外、元素分析以及X-射线单晶衍射对所合成化合物进行了表征。此外,为了解释化合物结构与性质关系,进行了一系列量子化学计算,包括Hirshfeld表面分析,非共价相互作用分析和静电势表面分析。同时,对所合成的化合物进行了热稳定性和感度分析,通过理论计算预估出了这些化合物的爆轰性能。计算结果表明该系列化合物具有出色的爆轰性能(爆速:8430-9258 m·s-1,爆压:30.1-37.5 GPa),较低的机械感度（IS>8 J,FS>108 N）。其中化合物104的爆速为8764 m·s-1,爆压为34.0 GPa,性能与RDX(爆速:8795 m·s-1;爆压:34.9 GPa)相当,具有作为猛炸药的潜质。（2）1,2,3-三唑联1,3,4-噁二唑类含能化合物的合成研究以廉价的丙二酸二乙酯为起始原料,经过硝化、环化两步合成5-硝基-2H-1,2,3-三唑-4-甲基（3-1）,通过对甲基官能团的氧化、酯化、酰肼化和环化得到了4-（5-氨基-1,3,4-恶二唑-2-基）-5-硝基-1,2,3-三唑-2-钾盐（110）。经过核磁、红外、元素分析和X-射线单晶衍射对该化合物进行了结构表征。同时,对其进行了热稳定性和感度分析,采用量子化学计算的方法,计算了该化合物的生成热。通过EXPLORE5预测了它的爆轰性能,结果显示化合物3-5的爆速为8395 m·s-1,爆压为30.5 GPa。（3）吡唑联1,3,4-噁二唑类含能化合物的合成研究以3-硝基-1H-吡唑-5-羧酸为原料,通过硝化将硝基引入吡唑环的4号位上,再对羧基进行酯化、酰肼化以及环化制备了5-（3,4-二硝基-1H-吡唑-5-基）-1,3,4-噁二唑-2-氨基（114）。通过1H NMR、13C NMR、红外和DSC等分析手段对该化合物进行了结构表征,采用量子化学计算的方法,计算了该化合物的生成热,并通过EXPLORE5预测了它的爆轰性能。化合物114感度较低（IS=40 J,FS=360 N）,爆轰性能优良(爆速:8161 m·s-1,爆压:27.8 GPa),性能优于传统炸药TNT(爆速:6950 m·s-1,爆压:18.9 GPa),有望成为钝感高能炸药。

摘要译文

关键词：

含能化合物; 氧化呋咱; 1,3,4-噁二唑; 1,2,3-三唑; 吡唑; 爆轰性能

学位年度：

2021

学位类型：

硕士

学科专业：

应用化学

导师：

程广斌

中图分类号：

TQ560.1[基础理论]

学科分类号：

081702[化学工艺];082605[特种能源工程]

D O I：

10.27241/d.cnki.gnjgu.2021.001439