1,4-二硝氧甲基-3,6-二硝基吡唑[4,3-c]并吡唑化合物

摘要

本发明公开了一种1,4?二硝氧甲基?3,6?二硝基吡唑[4,3?c]并吡唑化合物，其结构式如(I)所示：本发明主要用于炸药领域。

权利要求

1.一种1,4-二硝氧甲基-3,6-二硝基吡唑[4,3-c]并吡唑化合物，其结构式如(I)所示：

说明书

1,4-二硝氧甲基-3,6-二硝基吡唑[4,3-c]并吡唑化合物

技术领域

[0001] 本发明涉及一种含能材料，具体涉及一种1,4-二硝氧甲基-3,6-二硝基吡唑[4,3-c]并吡唑化合物。

背景技术

[0002] 多氮含能化合物是一类具有独特性能的含能材料，在炸药、推进剂等领域显示出了良好的应用前景。吡唑并吡唑类多氮含能化合物因其紧凑的结构，具有密度高、正生成热大、热稳定性好等特点，成为目前含能材料广泛研究的领域之一。此类化合物分子结构中含有大量的C-N、C＝N、N-N和N＝N键，分解时释放大量氮气，产生较高能量，对摩擦、电火花等刺激不敏感，因此可用于高能低感炸药、气体发生剂、燃速调节剂、低特征信号推进剂、火焰配方抑制剂和烟火药等，成为世界各国含能材料研究者普遍关注的领域。例如Jiaheng Zhang等人在《Thermally Stable 3,6-Dinitropyrazolo[4,3-c]pyrazole-based EnergeticMaterials》，Chemistry-An Asian Journal,2014,9,2953-2960一文中公开了3,6-二硝基吡唑[4,3-c]并吡唑化合物的结构及该化合物的计算性能，其结构如(II)所示：

[0003]

[0004] 该化合物的计算性能：密度为1.85g/cm3，爆速为8250m/s，爆压为27.4GPa，生成热为322.6kJ/mol。但是该化合物密度较小、能量较低。

发明内容

[0005] 本发明所要解决的技术问题是克服背景技术的不足和缺陷，提供一种密度较大、能量较高的1,4-二硝氧甲基-3,6-二硝基吡唑[4,3-c]并吡唑化合物。

[0006] 本发明的1,4-二硝氧甲基-3,6-二硝基吡唑[4,3-c]并吡唑化合物的合成路线如下：

[0007]

[0008] 以3,6-二硝基吡唑[4,3-c]并吡唑为原料，首先与甲醛发生缩合反应生成1,4-二羟甲基-3,6-二硝基吡唑[4,3-c]并吡唑，然后与硝酸发生硝化反应生成1,4-二硝氧甲基-3,6-二硝基吡唑[4,3-c]并吡唑。

[0009] 本发明的1,4-二硝氧甲基-3,6-二硝基吡唑[4,3-c]并吡唑化合物，其结构式如(I)所示：

[0010]

[0011] 本发明的1,4-二硝氧甲基-3,6-二硝基吡唑[4,3-c]并吡唑的合成方法，包括以下步骤：

[0012] (1)1,4-二羟甲基-3,6-二硝基吡唑[4,3-c]并吡唑的合成

[0013] 搅拌下，依次将3,6-二硝基吡唑[4,3-c]并吡唑、乙酸乙酯加入到10％(质量)的硫酸水溶液中，控制温度低于5℃，滴加37％～40％(质量)的甲醛水溶液，滴加完毕后，升温至20℃反应20h，反应液用乙酸乙酯萃取，无水硫酸镁干燥萃取液，减压蒸除乙酸乙酯，干燥得
1,4-二羟甲基-3,6-二硝基吡唑[4,3-c]并吡唑；其中3,6-二硝基吡唑[4,3-c]并吡唑与甲醛的摩尔比为1:2～14。

[0014] (2)1,4-二硝氧甲基-3,6-二硝基吡唑[4,3-c]并吡唑的合成

[0015] 搅拌下，将乙酸酐加入到烧瓶中，控制温度低于5℃，滴加95％～98％(质量)的工业硝酸，滴加完毕后，分批加入1,4-二羟甲基-3,6-二硝基吡唑[4,3-c]并吡唑，加完后升温至16℃反应2h，将反应液倒入冰水中，过滤、滤饼经水洗至中性、干燥得1,4-二硝氧甲基-3,6-二硝基吡唑[4,3-c]并吡唑；其中95％～98％(质量)工业硝酸的用量为每克1,4-二羟甲基-3,6-二硝基吡唑[4,3-c]并吡唑1.0～5.0mL。

[0016] 本发明的优点：

[0017] 本发明的1,4-二硝氧甲基-3,6-二硝基吡唑[4,3-c]并吡唑化合物计算密度较大，其密度为1.90g/cm3，对比文件的3,6-二硝基吡唑[4,3-c]并吡唑的计算密度为1.85g/cm3；本发明的1,4-二硝氧甲基-3,6-二硝基吡唑[4,3-c]并吡唑化合物能量较高，计算其爆速为
9142.8m/s，爆压为39.1GPa，生成焓为449.7kJ/mol，对比文件的3,6-二硝基吡唑[4,3-c]并吡唑的计算爆速为8250m/s，爆压为27.4GPa，生成热为322.6kJ/mol。

具体实施方式

[0018] 以下结合实施例对本发明作进一步详细说明。

[0019] 实施例1

[0020] (1)1,4-二羟甲基-3,6-二硝基吡唑[4,3-c]并吡唑的合成

[0021] 搅拌下，依次将0.5g(2.53mmol)3,6-二硝基吡唑[4,3-c]并吡唑、20.0mL乙酸乙酯加入到15.0mL 10％(质量)的硫酸水溶液中，控制温度低于5℃，滴加1.64g37％～40％(质量)的甲醛水溶液，滴加完毕后，升温至20℃反应20h，反应液用乙酸乙酯萃取(25.0mL×3)，无水硫酸镁干燥萃取液，减压蒸除乙酸乙酯，干燥得1,4-二羟甲基-3,6-二硝基吡唑[4,3-c]并吡唑0.394g，收率为60.4％。

[0022] 结构鉴定：

[0023] 红外光谱：IR(KBr,cm-1),υ：3537(-OH),2991,2925(-CH2),1532,1393,1365(-NO2),1298,1181,1081(吡唑并吡唑环骨架)

[0024] 核磁光谱：1HNMR(DMSO-d6,500MHz),δ：5.832～5.845(d,4H,2CH2),7.387～7.417