《含能材料》PPT课件

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1、杂环化合物的应用——含能材料在一定的外界能量刺激下，能自身发生激烈氧化还原反应，可释放大量能量(通常伴有大量气体和热)的物质。广义上可将在分子结构或组成上兼有氧化性基团(组分)相可燃性基因(组分)的物质统称称为含能材料。按用途可分为火药、炸药、燃气发生剂、烟火药剂和火工品、有时还包括可燃军械元器件。目前习惯上称高能量密度物质(HEDM)。含能材料TNAZ于1983年首次合成,合成步骤达十步之多,总产率只有0.15%;1992年,美国的Archibald等对其合成工艺进行了改进,但总产率仍只有10.7%;1997年,美国LosAlamos国家实验室的Coburn等对其

2、合成路线进行了改进,合成步骤缩短为五步,总产率达到57%,并最终合成放大得到了450kg的TNAZ用于性能测试。TNAZ为白色针状晶体,密度1.84g·cm-3,爆速接近于HMX,撞击感度为HMX的50%;热稳定性大于240℃,熔点103～104℃,且与金属Al、Cu、玻璃和钢等材料的相容性好,有望取代TNT作为熔注炸药的主要组分。美国航空海事研究实验室的Duncan等对TNAZ的性能进行了全面研究,同时研制了代号为ARX24007的熔注炸药,其配方组成为RDX/TNAZ=60/40,爆速和爆压高达8660m·s-1和33.0GPa。TNAZ的缺点是其易挥发性和高的合成

3、成本。第一节.四员杂环含能材料(TNAZ)有机化学,2003,23:1139路线：LLM-116是Pagoria等在1996年合成的又一种钝感高氮杂环含能化合物。在叔丁基甲醇钾盐的DMSO溶剂中,1,1,12三產埲肼的碘化物TMHI与3,5-二硝基吡唑反应得LLM-116,产率70%。LLM-116密度达1.90g·cm-3,178℃开始分解,H50为165cm。1.咪唑含能材料(LLM-116)LLM-116JHeterocyclicChem,2001,38:1227-1230第二节.五员杂环含能材料3-硝基-1,2,4-三唑-5-酮(简称NTO),也称5-硝基-1,

4、2,4-三唑-3-酮,2,4-二氢-5-硝基-3-氢-1,2,4-三唑-3-酮,是一种白色晶体,密度为1.936gcm-3,酸性pKa=3.76.利用NTO的酸性可以制成一系列NTO盐，其中，NTO的铅、汞、铜盐等是一种新型的起爆药。2.三唑含能材料2.1NTOANTA为白色晶体,是一钝感含能材料,密度1.819g·cm-3,标准生成焓为255.2kJ·mol-1,熔点238℃,能量较TATB低7%。ANTA可以3-乙酰基-1,2,4-三唑为起始物,经Ac2O/HNO3硝化、水解脱乙酰基两步反应得到,总产率20%。1991年,Lee等改进了ANTA的合成方法,以3,5-

5、二氨基-1,2,4-三唑为起始物,经NaNO3/H2SO4硝化、水合肼氨基化两步得到ANTA,总产率提高到50%。JEnergeticMater,1991,9(5):425-428.2.2ANTA最早合成的单、双硝基脲类含能化合物是1,3,4,6-四硝基甘脲(TNGU)和1,4-二硝基甘脲(DNGU),密度分别为2.04g/mL和1.98g/mL。TNGU遇水不稳定,而DNGU较为稳定,采用沸水处理时才会慢慢分解,因此DNGU曾被建议作为不敏感性炸药用于替代RDX和TNT。3.硝基甘脲3.1TNGUPagoria等采用1,3-二乙酰基-2-咪唑酮为原料,经环化、硝化反应

6、,得到了2,5,7,9-四硝基-2,5,7,9-四氮杂双环[4.3.0]辛烷-8-酮(A)和6-氧-2,5,7-三硝基-2,5,7,9-四氮杂双环[4.3.0]辛烷-8-酮(B)。化合物(A)是一种不敏感含能材料,其密度为1.84g/mL。ABPropellentExplosivesPyrotechnics,1996,21:14-18.3.22,5,7,9-四硝基-2,5,7,9-四氮杂双环[4.3.0]辛烷-8-酮路线：2,4,6,8-四氢-2,4,6,8-四氮杂双环[3.3.0]辛烷-3-酮在100%HNO3/Ac2O中,20～50℃反应时得到2,4,6,8-四硝基

7、-2,4,6,8-四氮杂双环[3.3.0]辛烷-3-酮(13),收率为49%;而在90%HNO3/Ac2O中,<10℃反应时得到2,4,6-三硝基-2,4,6,8-四氮杂双环[3.3.0]辛烷-3-酮(14),产率为72%。化合物(C)和化合物(D)密度均约为1.905g/mL,而化合物(C)的其它性能近似于HMX,因此潜在应用价值非常明显。CD3.32,4,6,8-四硝基-2,4,6,8-四氮杂双环[3.3.0]辛烷-3-酮呋咱类化合物是一类比较特殊的氮杂环化合物。与其它氮杂环化合物相比,其五元环结构中除含有氮原子外,还有一个氧原子,因