[發明專利]一種多氮化合物及其合成方法

無效

• 申請號: 201310642004.5
• 申請日: 2013-12-03
• 公開（公告）號: CN103694183A
• 公開（公告）日: 2014-04-02
• 發明（設計）人: 陳甫雪;王恩雨;黃明;王琦
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: C07D249/14
• 分類號: C07D249/14;C06B43/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種多氮化合物及其合成方法，具體涉及一種含能多氮化合物3,3′,5,5′-四疊氮-4,4′-聯-1,2,4-三唑，及其中間體4,4′-聯-1,2,4-三唑四鹵代物—3,3′,5,5′-四溴-4,4′-聯-1,2,4-三唑等和衍生物3,3′,5,5′-四氨基-4,4′-聯-1,2,4-三唑的合成方法，屬于含能材料及其中間體的制備領域。

背景技術

在含能材料的研究領域中，化合物所含的能量大小是該化合物能否作為含能化合物的關鍵。唑類化合物由于其擁有鍵能較大的C-N鍵而一直受到了科研人員的極大關注。三唑、四唑類化合物近年在國內外都得到了很大的進展。在含能化合物領域中，熱生成焓是一個評價該化合物性質好壞的重要標準，而當化合物中氮元素含量上升時，化合物的C-N鍵、N-N鍵數量增加，化合物的熱生成焓也會隨之增大。故對多氮含能化合物的研究也得到了人們很大的關注。含能材料領域中，增加化合物的氮含量主要有兩種方法，一種是構建多氮骨架，一種是引入含氮官能團，例如疊氮基（-N₃）。引入疊氮基的另一優點是，含能化合物爆炸燃燒時，疊氮基會轉化成氮氣，從而大大增加爆炸后的氣體生成量，從而增加對外做功。因此，含疊氮基的含能化合物常常可作為氣體發生劑而得到應用。

體現含能化合物性質的另一標準是氧平衡，即炸藥含氧量與炸藥中所含可燃元素完全氧化所需氧量之間的相差程度。多余時稱“正氧平衡”，不足時稱“負氧平衡”，相等時稱“零氧平衡”。而氧平衡又直接影響另一重要參數——爆速（爆轟波在炸藥中傳播的速度）。故改善化合物的氧平衡在含能化合物領域中是十分重要的。最常見的方法是在化合物結構中引入含氧集團，其中以硝基（-NO₂）最為常見。

在實際研究過程中，在化合物結構中引入利于含能性能的官能團（如疊氮基或硝基），由于化合物本身骨架結構和性質的不同，往往不能直接通過一步反應直接引入，需要通過合成中間體，經兩步或多步反應最終合成目標產物。這其中，鹵代產物是一種常見而有效的中間體。通過用不同的鹵代試劑生成不同的鹵代產物，再通過進一步的衍生化反應最終生成不同官能團取代的目標化合物。

在已知的文獻報道中，關于以4,4′-聯-1,2,4-三唑為骨架結構的含能化合物還未見相關報道。因此，相關的研究值得進一步的探索。

發明內容

本發明的目的是合成一種五元唑類含能材料，提供一種多氮化合物及其合成方法。該物質與三唑、四唑類化合物一樣具有較好的含能材料方面的性能。

本發明的目的是通過下述技術方案實現的。

一種多氮化合物：3,3′,5,5′-四疊氮基-4,4′-聯-1,2,4-三唑，將其命名為TABT，含氮量可達84%，密度為1.708g·cm-3，爆速可達8.65km·s^-1，爆壓為31.13GPa，爆熱為6449kJ/kg。

分子結構式為：

一種多氮化合物的合成方法，有三種；

第一種，具體步驟如下：

步驟一、將4,4′-聯-1,2,4-三唑投入液溴中，攪拌至反應完全；得溶液體系，攪拌下向溶液體系中加入堿溶液，析出固體即為粗產物。

步驟二、將步驟一所得的粗產物溶解到有機溶劑中，溶解完全后加水直至淺黃色固體完全析出，即得到3,3′,5,5′-四溴-4,4′-聯-1,2,4-三唑；將其命名為TBBT；

反應方程式為：

所述液溴與4,4′-聯-1,2,4-三唑的摩爾比為300-600%。

步驟三、將步驟二所得的TBBT溶于有機溶液中，配成濃度比為0.02-0.5mol/mL的溶液，攪拌下投入疊氮化鈉。疊氮化鈉投入量與步驟二所得的TBBT的摩爾比為500-2000%，反應完全，得到混合溶液；

步驟四、向步驟三所得的混合溶液加入水并繼續攪拌，析出的近白色固體產物即為3,3′,5,5′-四疊氮基-4,4′-聯-1,2,4-三唑。

反應方程式為：

第二種，具體步驟如下：

步驟一、將4,4′-聯-1,2,4-三唑投入無機堿溶液中配成濃度比為0.1-0.5mol/mL的溶液，攪拌下向其中滴加碘單質與碘化鉀的水溶液，攪拌至反應完全，析出固體即為粗產物。

步驟二、將步驟一所得的粗產物溶解到有機溶劑中，溶解完全后加水直至白固體完全析出，即得到3,3′,5,5′-四碘-4,4′-聯-1,2,4-三唑；將其命名為TIBT；