2,2,4,4-四硝基金刚烷的合成与表征

以金刚烷酮为原料,经Baeyer-Villiger氧化、内酯重排、缩酮化、氧化和偕硝化等单元反应合成了2,2,4,4-四硝基金刚烷。优化了重要中间体4,4-乙撑二氧基金刚烷-2-酮的合成方法。使用绿色硝化剂五氧化二氮对酮肟进行偕硝化反应,考察了溶剂、温度、反应时间、物料配比对第一步偕硝化反应的影响,确定了最佳反应条件:溶剂为二氯甲烷,n(4,4-乙撑二氧基-2-金刚烷酮肟)∶n(五氧化二氮)=1∶3,反应温度为45℃,反应时间为30 min,收率为52.3%。本路线总收率为14.2%,是文献报道的2.9倍。

2,2,6,6-四硝基金刚烷的合成与表征

以金刚烷为原料,经氧化、肟化,合成了2,6-金刚烷二酮肟,再使用N2O5为硝化剂,直接由2,6-金刚烷二酮肟一步氧化硝化制得了2,2,6,6-四硝基金刚烷,并利用核磁共振(NMR)、红外(IR)、元素分析等对产物进行了表征。研究了物料配比、溶剂、温度、时间对氧化硝化反应收率的影响,确定了最佳反应条件:溶剂为二氯甲烷,摩尔比n(2,6-金刚烷二酮肟)∶n(N2O5)=1∶6,反应温度为50℃,反应时间为30 min,收率为50%。利用热重分析(TG)和差示扫描量热法(DSC)对2,2,6,6-四硝基金刚烷的热性能进行了分析,发现其从275℃开始分解,在298℃时有尖锐放热峰,表明2,2,6,6-四硝基金刚烷具有良好的热稳定性。

2,2,4,4,6,6-六硝基金刚烷的合成、表征及晶体结构

以丙二酸二乙酯和多聚甲醛为起始原料,经环合、脱羧、缩酮化、臭氧化、肟化、偕硝化等步骤,合成了2,2,4,4,6,6-六硝基金刚烷(HNA)。优化了Meerwein's酯的合成、臭氧化反应和酮肟偕硝化的反应条件,HNA的总收率提高到3%。用五氧化二氮作酮肟偕硝化反应的硝化剂,考察了物料配比、反应温度、反应时间、溶剂对酮肟偕硝化反应的影响。确定的最佳反应条件为:物料比n(2,2,6,6-二乙撑二氧基-4-金刚烷酮肟)∶n(N2O5)=1∶3,反应温度为50℃,反应时间为30 min,反应溶剂为二氯甲烷,偕二硝基化合物的收率为65%。用1H NMR,13C NMR,IR及元素分析表征了中间体与目标化合物的结构。培养了HNA单晶,用X射线四圆衍射仪测定了它的单晶结构。用热重分析(TG)和差示扫描量热法(DSC)研究了HNA的热性能。结果表明:HNA晶体属单斜晶系,P2(1)/n空间群,晶胞参数为a=1.2011(2)nm,b=2.1129(4)nm,c=1.1967(2)nm,α=90°,β=90.59(3)°,γ=90°,V=3.0368(11)nm3,Z=8,Dc=1.777 g·cm-3,μ=0.166 mm-1,F(000)=1664。HNA的热分解过程可分为三个阶段,从分解反应开始到结束的总失重为94%。DSC曲线在256.21℃处有一个明显的放热峰,显示加热时HNA在该温度有剧烈的放热分解反应发生。

2-硝基-2-氮杂金刚烷-4,8-二醇二硝酸酯的合成与表征

以双环[3.3.1]壬烷-2,6-二酮为原料,经腙化、消除、环氧化、环合、乙酰化、硝化等步骤,合成了一种新型硝基笼形化合物2-硝基-2-氮杂金刚烷-4,8-二醇二硝酸酯,总收率为27%。以硝硫混酸为硝化剂,考察了硫酸与硝酸摩尔比、反应温度、反应时间对硝化反应的影响。确定的最佳反应条件为:摩尔比n(H_2SO_4)∶n(HNO_3)=1∶2,反应温度60℃,反应时间4 h,此时,硝化反应收率达81%。利用热重分析(TG)和差示扫描量热法(DSC)研究了目标化合物的热性能,发现其从170.0℃开始分解,热分解峰温为193.7℃。通过Kamlet-Jacobs公式预估了目标化合物的物化与爆轰性能,其密度为1.71 g·cm^(-3),爆速为5780 m·s^(-1),爆压为11.0GPa。

TKX-50合成方法改进

以乙二醛为原料,经肟化合成了乙二肟、后经氯化合成了二氯乙二肟、后经叠氮化-环合反应合成1,1'-二羟基-5,5'-联四唑二水合物、最后经过中和反应合成了1,1'-二羟基-5,5'-联四唑二羟胺盐(TKX-50)。总收率为63%,并采用核磁共振、红外、质谱表征了其结构。优化并确定了反应最佳条件:叠氮化-环合反应时,以丙酮-水作为混合溶剂,反应温度为0℃,反应1.5 h后用乙醚萃取,萃取液不经过任何处理直接通入氯化氢气体进行环合反应得到1,1'-二羟基-5,5'-联四唑二水合物,收率为88%;酸碱中和反应时,以乙酸乙酯为溶剂,反应温度为50℃,反应2 h,抽滤并冰水水洗得到TKX-50,收率为94%。

9-硝基-9-氮杂双环[3.3.1]壬烷-2,6-二醇二硝酸酯的合成与表征

以环辛二烯为原料,经环氧化、胺化成环、硝化等合成了一种新型含能材料9-硝基-9-氮杂双环[3.3.1]壬烷-2,6-二醇二硝酸酯,采用NMR、IR、元素分析对其结构进行了表征;利用热重分析和差示扫描量热法对其热性能进行了分析;利用Kamlet-Jacobs经验公式对其爆轰性能进行了理论计算;研究了硝化反应过程中反应时间、反应温度和物料配比等因素对收率的影响。结果表明,硝酸用量为7倍摩尔当量时,在30℃下反应3h,目标产物收率为83%。9-硝基-9-氮杂双环[3.3.1]壬烷-2,6-二醇二硝酸酯熔点为120℃,起始分解温度为150℃,放热峰温为192℃,表明其具有较好的热稳定性。其爆速、爆压、密度的理论计算值分别为7 580m/s、23.82GPa和1.61g/cm3,有望应用于炸药及推进剂配方中。

(±)-2-氨基-3-亚甲基戊酸盐酸盐的全合成

(±)-2-氨基-3-亚甲基戊酸盐酸盐是一种具有生物活性的天然产物,该文以丝氨酸为原料,经过Grignard反应、氧化反应、Wittig反应、Jones氧化等单元反应,合成(±)-2-氨基-3-亚甲基戊酸盐酸盐,总收率为39%。考察并优化了氧化反应、Grignard反应和Wittig反应的工艺条件。该合成方法也适用于β取代的β,γ-不饱和α-氨基酸的合成。

一种新型高氮含能化合物5-((5-硝基-2H-四唑-2-基)甲基)-1H-四唑-1-醇的合成与表征

以5-氨基四唑为起始原料,经重氮化-硝化、烷基化、肟化、重氮化-氯化、叠氮化和环合等单元反应以19%的总产率合成了一种新型含能化合物5-[（5-硝基-2H-四唑-2-基）甲基]-1H-四唑-1-醇.利用NMR,IR,MS及元素分析等进行了结构表征;利用X射线单晶衍射法测试了该化合物的晶型结构,该化合物属于单斜晶系,空间群P2（1）/c,晶胞参数：a=3.3619（11）,b=9.3910（19）,c=8.2060（16）,β=101.44（3）°,Z=2,Dc=1.748 g·cm^-3,μ=0.153 mm^-1,F（000）=216;利用差示扫描量热法（DSC）和热重（TG）分析研究了该化合物的热性能,分解温度为202.25℃,热重变化范围130~320℃,总失重78.6%;利用Kamlet-Jacobs公式估算了该化合物的爆轰性能,理论爆速和爆压分别为8500 m·s^-1和31.53 GPa.

双环[3.3.1]壬烷-2,6,9-三酮的合成

研究了新化合物双环[3.3.1]壬烷-2,6,9-三酮以1,3-环己二酮为起始原料的三条合成路线,并对其反应机理进行了初步推测.第一条路线以1,3-环己二酮与丙烯醛发生Michael加成、分子内aldol缩合以及氧化三步得到双环[3.3.1]壬烷-2,6,9-三酮,总产率为43%.第二条路线为1,3-环己二酮先与吗啉反应生成烯胺,再与丙烯酸乙酯进行环合,以"一锅煮"法得到目标产物,产率为20%.第三条路线为1,3-环己二酮先与丙烯酸乙酯经过Michael加成,再进行酸催化分子内C-酰化得到目标产物,总产率为83%,该路线具有操作简单、条件温和、产率高及环境友好等优点.