C-N键联唑类高氮含能化合物研究

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C-N键联唑类高氮含能化合物具有高氮含量、正生成焓,且分解后产物对环境友好。本文以C-N键联唑类化合物为基础,设计并合成了23种新型高氮含能化合物的金属盐和有机盐,并对其结构表征、热稳定性、爆炸性能和感度性能进行了系统地研究,主要研究内容如下:运用Gaussian03程序,采用B3LYP/6-311++G**方法,对4种C-N键联唑类高氮含能化合物进行了几何优化,并确定最稳定的分子构型,为实验工作奠定了理论基础。以3-氨基-1,2,4-三唑、5-氨基四唑和3,5-二氨基-1,2,4-三唑为原料合成了4种C-N键联唑类高氮含能化合物,并得到了其中3种化合物的单晶,利用元素、红外、质谱和X-射线单晶衍射等技术对目标化合物进行了全面的结构表征,并研究了其热稳定性、爆炸性能和感度性能。该系列化合物中,化合物3具有最高的热分解温度(247.8 oC),化合物4具有最高的生成焓(809.25 k J·mol-1),化合物2具有最高的爆速(8212 m·s-1)。合成了8种未见报道的1-(1H-1,2,4-三唑-3-基)-1H-四唑金属盐,利用现代仪器分析技术对其结构进行了表征,首次得到了其中5种金属盐的单晶并研究了其晶体结构。运用DSC技术研究了该系列金属盐的热稳定性,大部分金属盐均具有较好的热稳定性,其中锂盐的热分解温度最高(258 oC)。利用等键反应计算了部分金属盐的生成焓,其中两种金属盐的生成焓高于1000 k J·mol-1。运用EXPLO5软件估算其爆炸性能,并测试其撞击感度和摩擦感度,结果表明该系列金属盐属于钝感含能材料。合成了11种未见报道的5-(四唑-1-基)-2H-四唑金属盐。并进行了系统表征,首次得到了其中4种金属盐的单晶并确证了其晶体结构。大部分金属盐的分解温度均高于200 oC,其中5-(四唑-1-基)-2H-四唑钴盐和铜盐的分解温度高达300 oC以上。通过计算预估了该系列部分金属盐的爆速爆压,其中5-(四唑-1-基)-2H-四唑铯盐的爆炸性能较好(爆速:9092 m·s-1)。感度测试结果表明,铜盐(撞击感度:0.5 J,摩擦感度:5 N)和钴盐(撞击感度:1 J,摩擦感度:96 N)感度较高,有望被用于起爆药领域,其余金属盐均对撞击和摩擦钝感。合成了2种新型5-(四唑-1-基)-2H-四唑有机盐,并对其结构进行了表征,首次得到了其单晶并确证了其晶体结构。这两种盐都具有高的氮含量和生成焓,其中5-(四唑-1-基)-2H-四唑的4-氨基-1,2,4-三唑盐具有良好的爆炸性能(爆速:8157 m·s-1,爆压:23.4 GPa)。两种有机盐的撞击感度均大于40 J,摩擦感度均大于360 N,有望被用作安全环保型含能材料。首次合成了2种3,5-双(四唑-1-基)-1,2,4-三唑的金属盐,首次得到的3,5-双(四唑-1-基)-1,2,4-三唑阴离子化合物,为新型C-N键相连三环高氮唑类含能化合物的合成研究提供了新思路。利用现代仪器分析技术确证其分子结构和晶体结构,并对其热稳定性、爆炸性能和感度性能进行了研究。结果表明,该化合物具有较高的生成焓(809.25k J·mol-1),其金属盐具有良好的热稳定性和高生成焓。该系列化合物对撞击和摩擦均十分钝感。
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