C-N键连联三唑类化合物及其盐的合成、结构和性能研究

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联三唑类化合物不仅具有高生成焓、高氮含量、高热稳定性,还有更多的修饰位点,通过引入不同基团或成盐等方式,可使人们根据实际需要设计性能优越的含能化合物。C-N键连联三唑鲜见有人报道,C-N单键的生成热高于C-C单键的生成热,通过C-N键连接两个三唑环可以减少酸性氢的数量,是一类具有广泛应用前景的含能材料。本文以三氨基胍盐酸盐和甲酸为原料,通过成环反应合成了3-肼基-4-氨基-1,2,4-三唑二盐酸盐(HATr-2HCl),之后与二氰二胺发生成环反应生成C-N键连联三唑化合物3,4’,5-三氨基-4’H-[1,3’-联(1,2,4-三唑)](TADT),TADT与硝酸、高氯酸反应生成TADT(NO3)、TADT(ClO4)。将TADT进一步硝化,制备出硝化产物5-氨基-3,4’-二硝胺基-4’H-[1,3’-联(1,2,4-三唑)](ADNABT),再与氮含量高的含能阳离子结合,生成含能离子盐[(NH4)2(ADNABT)、(N2H5)2(ADNABT)和(NH3OH)2(ADNABT)],将ADNABT和碱金属反应获得金属盐[Na2(ADNABT)(H2O)4和K2(ADNABT)(H2O)2]。并通过元素分析、核磁共振和红外光谱等方法对其结构进行表征。利用缓慢挥发法得到TADT、TADT(NO3)、TADT(ClO4)、Na2(ADNABT)(H2O)4和K2(ADNABT)(H2O)2的单晶,并由X-射线单晶衍射仪确定了它们的结构:TADT的分子式为C4H7N9,属于单斜晶系,空间群为C2/c;TADT(NO3)的分子式为C4H8N10O3,属于单斜晶系,空间群为P21/c;TADT(ClO4)的分子式为C4H9Cl N9O4,属于三斜晶系,空间群为P-1(2);Na2(ADNABT)(H2O)4的分子式为C4H11N11Na2O8,属于单斜晶系,空间群为P21/c;K2(ADNABT)(H2O)2的分子式为C4H7N11K2O6,属于三斜晶系,空间群为P-1。在非等温条件下,利用差示扫描量热法(DSC)和热重法(TG)研究了所合成的物质的热分解行为。运用Kissinger法、Ozawa法和积分法计算得到了化合物的热分解动力学参数和热分解动力学方程,并得到化合物的活化熵、活化焓、活化自由能。为了评价化合物的热安全性,计算了它们热分解反应的自加速分解温度、热点火温度和热爆炸临界温度。利用氮当量公式计算TADT和TADT(NO3)的爆速和爆压以评价化合物的爆轰性能。
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