一种含能增塑剂3-叠氮基 -3’-硝基双呋咱基醚化合物

摘要

本发明公开了一种含能增塑剂3‑叠氮基‑3’‑硝基双呋咱基醚化合物，其结构式如(I)所示：本发明主要用于混合炸药、固体推进剂。

权利要求

1.一种含能增塑剂3-叠氮基-3’-硝基双呋咱基醚化合物，其结构式如(I)所示：

说明书

一种含能增塑剂3-叠氮基-3’-硝基双呋咱基醚化合物

技术领域

[0001] 本发明涉及一种含能增塑剂3-叠氮基-3’-硝基双呋咱基醚化合物，属于含能材料技术领域。技术背景

[0002] 呋咱醚类化合物是呋咱类含能化合物中重要的一类，由于分子中引入的醚键，增加了分子的柔韧性，增塑性能随之提高；醚键氧原子与呋咱环处于同一平面，形成了一个大的共轭体系，化合物稳定性显著提高。呋咱醚类化合物具有熔点低、标准生成焓大、爆热高、氢含量少(或者无氢)、热安定性好、生成的气体量大和做功能力强的特点，增塑性强等特点，可以作为熔铸炸药或含能增塑剂使用，目前已成为国内外含能材料研究领域的热点之一。例如:王伯周,李辉,李亚南,廉鹏,周彦水,王锡杰.呋咱醚含能化合物研究进展.含能材料,2012,20(4)：385-390.公开了一种3,3’-二氰基二呋咱基醚(FOF-2)的结构和性能数据。其结构如下所示：

[0003]

[0004] 该化合物的密度为1.64g/cm3，爆速为6820m/s，但该化合物能量较低，密度较低。

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，提供一种能量较高，密度较高的3-叠氮基-3’-硝基双呋咱基醚化合物。

[0006] 本发明的3-叠氮基-3’-硝基双呋咱基醚化合物的合成路线如下所示：

[0007]

[0008] 该化合物是以3-叠氮基-4-硝基呋咱为原料，在氢氧化钠的作用下水解形成3-叠氮基-4-羟基呋咱，然后3-叠氮基-4-羟基呋咱与甲醇钠成盐后再与二硝基呋咱醚化合成3-叠氮基-3’-硝基双呋咱基醚化合物。

[0009] 本发明的含能增塑剂3-叠氮基-3’-硝基双呋咱基醚的化合物，具有如下结构：

[0010]

[0011] 本发明的含能增塑剂3-叠氮基-3’-硝基双呋咱基醚的化合物制备方法，包括以下步骤：

[0012] (1)搅拌下，在温度15℃～25℃，将质量百分比浓度为20％的氢氧化钠水溶液加入到3-叠氮基-4-硝基呋咱的四氢呋喃溶液中，然后加热升温至40℃～60℃反应2h～5h，反应液倒入冰水中，用质量百分比浓度为36％的盐酸酸化至pH为1～3，再用乙醚萃取，有机相经无水硫酸镁干燥，过滤，浓缩得3-叠氮基-4-羟基呋咱，其中3-叠氮基-4-硝基呋咱、质量百分比浓度为20％氢氧化钠水溶液、四氢呋喃质量比为1:5～20:7～11；

[0013] (2)搅拌下，在温度15℃～25℃，将步骤(1)得到的3-叠氮基-4-羟基呋咱加入到无水乙醚中，再加入质量百分比浓度为30％的甲醇钠甲醇溶液，在温度15℃～25℃反应1h～3h，反应液过滤，滤饼分别采用乙腈、乙醚洗涤，干燥得3-叠氮基-4-羟基呋咱钠盐，其中3-叠氮基-4-羟基呋咱、质量百分比浓度为30％甲醇钠甲醇溶液、无水乙醚质量比为1:1.2～
1.4:40～50；

[0014] (3)搅拌下，在温度15℃～25℃，将步骤(2)得到的3-叠氮基-4-羟基呋咱钠盐加入到3,4-二硝基呋咱的无水乙腈溶液中，加热升温至30℃～40℃反应5h～10h，反应液倒入水中，用二氯甲烷萃取，有机相经无水硫酸镁干燥，过滤，浓缩得到的黄色液体物经柱色谱分离得3-叠氮基-3’-硝基双呋咱基醚，其中3,4-二硝基呋咱、3-叠氮基-4-羟基呋咱钠盐、无水乙腈质量比为1:0.95～1.05:7～9。

[0015] 本发明的优点

[0016] 本发明的3-叠氮基-3’-硝基双呋咱基醚的化合物能量较高，其爆速为8538.3m/s，而对比文件3,3’-二氰基二呋咱基醚的能量较低，为6820m/s；本发明的3-叠氮基-3’-硝基双呋咱基醚的化合物密度较高，其密度为1.81g/cm3，而对比文件3,3’-二氰基二呋咱基醚的密度较低，为1.64g/cm3。

具体实施方式

[0017] 以下结合实施例对本发明作进一步详细说明。

[0018] 以下是发明人给出的实施例，需要说明的是，这些实施例是较优的例子，主要用于理解本发明，但本发明不限于这些实施例。

[0019] 实施例1

[0020] 搅拌下，在温度为20℃，将10g质量百分比浓度为20％的氢氧化钠水溶液滴加到含有1g 3-叠氮基-4-硝基呋咱的9g四氢呋喃溶液中，滴加完毕后升温至50℃保温反应3h，反应完毕后，冷却，倒入水中，用质量百分比浓度为36％的浓盐酸酸化至pH为3，乙醚萃取3次，合并萃取液，无水硫酸镁干燥，过滤，浓缩除去溶剂得0.753g 3-叠氮基-4-羟基呋咱，收率为92.5％。

[0021] 红外光谱：IR(KBr,cm-1),υ:3424,2150,1605,1561,1371,1268,1166，1006，864.[0022] 核磁光谱：13C NMR(DMSO-d6,125MHz):145.920,158.441.1H NMR(DMSO-d6),500MHz):13.5203

[0023] 元素分析:分子式C2HN5O2

[0024] 理论值(％):C,18.91；H,0.79；N,55.12；实测值(％):C,18.74；H,0.73；N,54.98[0025] 实施例2

[0026] 搅拌下，在温度20℃，将1g 3-叠氮基-4-羟基呋咱溶于45g无水乙醚中，缓慢加入1.3g质量百分比浓度为30％的甲醇钠甲醇溶液，在温度20℃反应2h，过滤，分别采用乙腈、乙醚洗涤，干燥得1.09g 3-叠氮基-4-羟基呋咱钠盐，收率为92.8％。

[0027] 红外光谱：IR(KBr,cm-1),υ:2160,1693,1581,1543,1449,1385,1014，863.[0028] 元素分析:分子式C2N5NaO2

[0029] 理论值(％):C,16.11；H,0；N,46.98；实测值(％):C,16.44；H,0；N,46.63[0030] 实施例3

[0031] 搅拌下，在温度15℃，将0.95g 3-叠氮基-4-羟基呋咱钠盐加入到含有1g 3,4-二硝基呋咱的7g无水乙腈溶液中，升温到30℃反应5h，倒入水中，二氯甲烷萃取，合并萃取液，无水硫酸镁干燥，浓缩有机相得到的黄色液体物经柱色谱分离得到0.78g 3-叠氮基-3’-硝基双呋咱基醚，收率为52.1％。

[0032] 红外光谱：IR(KBr,cm-1),υ:2146,1594,1532,1487,1357,1292,1197,1034,840.[0033] 核磁光谱：13C NMR(DMSO-d6,125MHz):146.729,152.936，154.980，155.099.[0034] 质谱：MS(ESI-),m/z(％):239[M-H]-

[0035] 元素分析:分子式C4N8O5

[0036] 理论值(％):C,20.00；H,0；N,46.67；实测值(％):C,20.42；H,0；N,46.19；

[0037] 上述结构鉴定数据证实本步骤得到的物质确实是3-叠氮基-3’-硝基双呋咱基醚。

[0038] 3-叠氮基-3’-硝基双呋咱基醚的性能

[0039] 3-叠氮基-3’-硝基双呋咱基醚

[0040] (1)物化性能

[0041] 密度：1.81g/cm3 Gaussian 09程序B3LYP/6-31G**方法

[0042] 标准生成焓：637.0kJ/mol Gaussian 09程序B3LYP/6-31G**方法[0043] (2)爆轰性能

[0044] 爆速：密度为1.81g/cm3,计算爆速为8538.3m/s K-J方程

[0045] 爆压：密度为1.81g/cm3,计算爆压为33.1Gpa K-J方程

[0046] 3-叠氮基-3’-硝基双呋咱基醚的用途

[0047] 本发明的3-叠氮基-3’-硝基双呋咱基醚化合物可作为含能增塑剂、熔铸炸药应用于推进剂、混合炸药领域。