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1、四唑类含能化合物表征摘要:简述了四唑类含能化合物在各个领域代表物质的表征。关键词:四氮唑类;起爆药;主装药;绿色化学;含能材料;有机化学一.前言四唑又称四氮唑，指在五元环(环戊二烯)中有4个位置的碳被氮原子取代;四唑类化合物中最简单的物质是1-H-四氮唑(2,3,4,5-四氮杂-1,3-环戊二烯):四唑类化合物通式如图:四氮唑类含能化合物种类繁多，其中跨越起爆药、主装药等多个领域，接下来将对其不同领域的典型物质进行介绍。二.普遍特征顾名思意，四唑类含能材料是指分子内含有四氮唑结构的含能材料。其属于含(富)氮杂环化合物，由于环上的5个原子形成大π键，所以使物质相对稳定，使五元环结构接近正五边形，
2、整个环基团有良好的共面性。四唑类含能材料是一种潜能很大的富氮类环状含能化合物。近年来在该类物质内发展了众多的含能材料品种，且有很大一部分有着优越的性能。有些品种代表着含能材料向高能、钝感的方向发展(1)。一些结构简单的四唑类化合物亦具有良好的性质，这从侧面显示出了5-R-1-R'-四唑是良好的给氮原子基团。如结构简单的5-氨基-1-氢-四氮唑硝酸配位化合物(5-ATNO3)甚至具有超越传统含能材料1,3,5-三硝基-1,3,5-三氮杂环己烷(黑索金,RDX)的性能。接下来要以之为代表物质之一作具体介绍。三.四唑类含能材料.原料原料(material,Mat)指在目标化合物的合成中用以提供四唑基
3、团的物质。目前的合成工艺中最常见的原料是5-氨基-1-氢-四氮唑(5-ATZ)，其分子结构如下:现将对此物的性质与合成进行详细介绍。●3.15-氨基四氮唑5-氨基四氮唑(5-ATZ)，分子式CN5H3。是制造推进剂以及炸药、起爆药的中间体(2)。是在实用武器(导弹)未来的发展不仅要求固体推进剂具有很高的能量，而且要求具有低特征信号、钝感和环保等特性。而5-ATZ爆轰气体产物多为氮气，可达到少烟或无烟的效果。其衍生物不仅可以作为含能材料在国防和航天等领域中应用，而且在民用领域也有广泛应用(3)。●3.1.15-ATZ的性质5-ATZ是一种白色粉末状晶体，一般情况下含有一个结晶水。5-ATZ的合成
4、路线有很多，早在1892年，德国化学工作者KekueA等用氨基胍重氮化、异构化合成出了5-ATZ;到了20世纪初，其同胞HantzschA等报道用迭氮化钠反应也合成出了5-ATZ(3)。其熔点200～204℃，不溶于Et2O，溶于碱液与强酸，在水中的溶解度随温度的上升而暴涨。其1位氮上H原子易发生异裂给出质子，同时其还具有一个碱性基团-NH2，故该化合物能表现出酸、碱两种性质。●3.1.2.1氨基胍重氮异构法该路线如下图:但由于本法工艺复杂，步骤繁多，反应周期副反应多，产率不高，在此不作赘述。如对此有需求者可参照文献ChemovaN.GVeselovskayaGI.SaliiV.V.Vigra
5、nV.k5-Amino-totrazoleKhimicheskayapromcyshlennost[J].Seriya:ReaktiveOsobyChistyeVeschesva,1980(2):5~8(4).●3.1.2.2Stolleet法1.反应机理总反应式:C2H4N4(二氰二胺)+2NaN3+2HNO3----55～95℃--->2CH3N5(5-ATZ)+3NaNO3分步反应:该方法被称为Stolleet法，他没有氨基胍重氮法的缺点(3)。但其缺点是开始时需要迭氮酸，而迭氮酸是一种高能炸药并对人体血管有扩张作用，因此，在合成过程中存在一定的危险性和毒性(2)。2.实验器材二氰二胺:
6、市售，AR;迭氮化钠:自制;氢氧化钠:市售，AR;硝酸:68%,市售,AR,乙醇:市售，AR;电炉:220V,1Kw;超敏型热电偶:-40～1500℃，[-40,0)U(200,1500](±1℃)，[0,200](±0.1℃);真空油泵:220V,150w;磁力搅拌器。3.实验步骤用带有冷凝管，电动搅拌器，滴液漏斗的三颈烧瓶做反应期，将冷凝管与装有稀碱液吸收装置的洗气瓶相连:反应中为了避免生成过量的HN3，一方面采用稀的HNO3并控制加酸的速度，一方面让二氰二胺稍过量。取132g(1.57mol)C2H4N4，195g(3mol)NaN3和510mL水混合加如反应器。配置45%硝酸420g。
7、将底液温控在80～95℃，反应3.5～6.5h;其间滴加硝酸。冷却至室温，抽滤取渣，水、EtOH洗涤，得产物5-ATZ。四.四唑类含能材料.主装药主装药(猛炸药，作用药;FunctionaryPowder,FP)是指在爆炸体系中作为主要的能量输出的物质;对其的要求是能量输出高、各项感度普遍较低且不易变质(易保存);这是对主装药的试剂应用需求。而四唑类含能材料可以完全甚至超额满足上述要求，一下将以几
