[發(fā)明專利]一種氮雜碳硼籠離子型化合物及其制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011474276.5
• 申請日: 2020-12-14
• 公開（公告）號: CN112574115A
• 公開（公告）日: 2021-03-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張延強(qiáng);焦念明;劉龍;田亞楠;張鎖江
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院過程工程研究所
• 主分類號: C07D233/58
• 分類號: C07D233/58;C01B35/18;C07C255/03;C06D5/00
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 鞏克棟

本發(fā)明涉及一類新型氮雜碳硼籠離子型含能化合物的制備方法，屬推進(jìn)劑用化學(xué)品合成領(lǐng)域。制備過程中以癸硼烷為硼源，乙腈作為溶劑和反應(yīng)物，利用質(zhì)子海綿的強(qiáng)堿性，打破癸硼烷的電子平衡態(tài)，與極性基團(tuán)氰基發(fā)生電子轉(zhuǎn)移，成功將氰基引入到巢式硼籠中形成閉式氮雜碳硼籠陰離子結(jié)構(gòu)；隨后利用復(fù)分解反應(yīng)將含能咪唑陽離子與氮雜碳硼籠組合得到氮雜碳硼籠離子化合物。該類化合物充分發(fā)揮含氮基團(tuán)的能量特性，同時結(jié)合離子型化合物極低蒸汽壓、無揮發(fā)性毒性的優(yōu)勢，解決以往硼烷和碳硼烷化合物能量不足和強(qiáng)毒性的缺點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一類新型氮雜碳硼籠離子型含能化合物的制備方法，屬推進(jìn)劑用化學(xué)品合成領(lǐng)域。

背景技術(shù)

硼的燃燒能夠釋放出大量的能量，而且釋放速度極快，在高能推進(jìn)劑領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價值。值得注意的是，常規(guī)硼類粉體材料很難實(shí)現(xiàn)完全燃燒，納米級的含硼材料又容易團(tuán)聚，無法實(shí)現(xiàn)最大程度的燃燒，實(shí)現(xiàn)硼基化合物最大化程度的燃燒成為硼基推進(jìn)劑應(yīng)用的關(guān)鍵。

多面體籠型或巢型硼烷、碳硼烷化合物分子尺寸上介于原子和宏觀物質(zhì)材料之間，與宏觀材料(或納米材料)不同的是，其結(jié)構(gòu)決定了該類材料是離散分布，可以連續(xù)不斷地分裂成小的硼基碎片，使其在發(fā)動機(jī)內(nèi)完全燃燒，而且碎片與粘結(jié)劑及其它燃料分解產(chǎn)生的不飽和小分子發(fā)生歧化，形成高活性小分子，可以改善推進(jìn)劑的燃燒效率，同時硼烷或碳硼烷及其衍生物具有熱值高、穩(wěn)定性好等特點(diǎn)，作為高能燃料添加劑在固體推進(jìn)劑中起到很好燃速調(diào)節(jié)作用，同時兼具增塑劑的功能。目前，常用的硼烷類燃速調(diào)節(jié)劑有癸硼烷、正丁基碳硼烷、正己基碳硼烷等。如美國通用動力公司研制的“蝮蛇”導(dǎo)彈使用的符合推進(jìn)劑，便是采用的正己基碳硼烷作為燃速調(diào)節(jié)劑，其大幅提高了武器的性能和精度。

然而，硼烷或碳硼烷作為燃速調(diào)節(jié)劑使用，用量一般需要10％以上才能達(dá)到燃速調(diào)節(jié)的效果，該要求容易導(dǎo)致復(fù)合推進(jìn)劑整體能量的降低。而且，有些中性硼烷或碳硼烷化合物具有很強(qiáng)的揮發(fā)性毒性，對操作人員生命健康具有極強(qiáng)的危害性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種含能的氮雜籠型碳硼烷離子化合物及其制備方法。該類化合物結(jié)合含氮基團(tuán)的能量特性，以及離子型化合物極低蒸汽壓、無揮發(fā)性毒性的優(yōu)勢，解決以往硼烷和碳硼烷化合物能量不足和強(qiáng)毒性的缺點(diǎn)。

本發(fā)明涉及的技術(shù)方案如下：

[PSH][CH₃CNB₁₀H₁₃]的制備：在兩頸燒瓶中，借助磁力攪拌，將癸硼烷和質(zhì)子海綿用干燥后的乙腈溶劑溶解；兩頸燒瓶一端連接球型冷凝管，冷凝管末端液封，另一端連接氮?dú)庠矗环磻?yīng)伊始，用氮?dú)庵脫Q體系中的氣氛2分鐘，確保體系內(nèi)為純氮?dú)夥諊辉诘獨(dú)夥諊拢訜峄亓鞣磻?yīng)3-4天。反應(yīng)完成后，減壓蒸發(fā)除去溶劑，得到紅褐色油狀液體。在分液漏斗中用一定量的二氯甲烷將油狀物溶解，之后滴加正己烷，加入的二氯甲烷與正己烷體積比為5：3，劇烈振搖后靜置分層，收集上層清液，下層濁液再次重復(fù)上述步驟洗滌。將得到的所有上層清液，通過減壓蒸發(fā)除去溶劑得到粗產(chǎn)品；然后，粗產(chǎn)品用乙醚溶解，過濾除去固體雜質(zhì)，再次減壓蒸發(fā)除去溶劑；最后，真空干燥得到高純度產(chǎn)品，即為[PSH][B₁₀H₁₃CH₃CN]。