论文部分内容阅读
国内外对含能材料追求的目标就是高能量密度、低（钝）感度,但高能和钝感对于含能材料本身来说就是一对此消彼长的矛盾体。寻求矛盾最小化始终是含能材料研究领域的热门课题。硝基唑类化合物以其良好的爆轰性能、较低的感度以及较好的分子稳定性,得到了研究者的广泛关注。本论文主要包括构建新型N位三硝基甲基唑类含能化合物,探索其合成方法,表征分子和晶体结构,研究该类分子的稳定性和安全性,并对不同硝化条件下三硝基甲基团的形成情况作了初步的研究。（1）以3-硝基咪唑为原料,通过取代硝化反应,合成出N-三硝基甲基-3-硝基-1,2,4-三唑（TNMNT）,总产率为62%。采用核磁共振谱、红外光谱、质谱以及元素分析测试手段对化合物进行了表征。用无水乙醇培养了TNMNT的单晶,经X-射线单晶衍射分析对其结构进行了表征。结果表明:3-硝基-1-三硝基甲基-1,2,4-三唑在293（2）K的晶体密度为1.922 g·cm-3,属于单斜晶系,空间群P21/c,a=6.643（3）?,b=20.494（7）?,c=6.698（3）?,V=909.4（6）?3,Z=4,u=0.190 mm-1,F（0 0 0）=5 2 8.0。差示扫描量热分析表明3-硝基-1-三硝基甲基-1,2,4-三唑的热分解温度为158.3℃。利用Gaussian 09软件在B3LYP/6-31+G**//MP2/6-311++G**水平下计算其标准生成焓为210.9 KJmol-1,采用EXPLO5（V6.02）程序预测了其爆轰性能:爆速（D）为9023 m/s,爆压（P）为35.5 GPa。分子内和分子间的氢键作用提高了分子结构的稳定性,三硝基甲基基团的引入也提高了该化合物的能量。通过对TNMNT的合成,初步探索了硝仿化合物的合成条件。（2）以4,5-二氰基-1,2,3-三唑为原料,合成N-三硝基甲基-4,5-二氰基-1,2,3-三唑。培养了单晶,并对其结构进行了表征。在296 K时,其晶体密度为1.729 g·cm-3。该化合物具有高的氮氧含量,计算值达到77.6%,具有高的固体生成热(564 k J·mol-1)和高的爆速、爆压(D=8619 m·s-1,P=30.8 GPa),但具有高的感度（IS:1.25 J,FS:32N）,这比传统的起爆药（DDNP）（IS:1J,FS:5N）低。通过Hirshfeld表面分析和指纹图谱分析,对该化合物的分子间相互作用、感度和热稳定性进行了预测。基于不同升温速率下的DSC测试结果,运用非等温动力学方法对该化合物的热力学性质进行了研究。值得注意的是,该化合物的动能（Ea）在Tp1(210.89-214.17 kJ·mol-1)时比在Tp2(133.90-134.87 kJ·mol-1)时明显要高。此外,用RS-FTIR仪器在惰性气体氛围中,从20℃到200℃,对该化合物分解后的气体产物进行了检测分析,并基于该测试结果,对新化合物的分解机理进行了讨论。总的来说,该化合物优越的理化性质使该化合物在不含氢的单质炸药方面有更进一步的研究价值。（3）首次合成新型的富氮离子盐二氨基胍双5-硝基亚氨基-1,2,4-三唑-3-基甲烷（（A G）2BNTM）,用X-射线单晶衍射对其晶体结构进行了检测。随着对晶体结构和几何结构的优化,用Hirshfeld表面分析对相互作用的类型和弱的分子间相互作用对相对能量的贡献进行了分析研究。并通过DSC-TGA测试仪对其热稳定性进行了研究。（4）对硝基咪唑环上N位引入三硝基甲基基团进行了研究,并成功合成了N-三硝基甲基-2-硝基咪唑和N-三硝基甲基-4-硝基咪唑,通过使用不同浓度的硝硫混酸体系对硝化前体N-丙酮基硝基咪唑进行硝化,得到了一系列的新的有应用前景的衍生物,为本课题的继续研究打下基础。