1,1′-二羟基-5,5′-联四唑-5-氨基四唑盐的合成及性能预估

以乙二醛、盐酸羟胺和氨基胍碳酸盐等为原料合成了1,1′-二羟基-5,5′-联四唑-5-氨基四唑盐(5-ATHTO),并对反应条件进行了优化。采用核磁共振光谱、红外光谱、质谱对其进行表征,通过DSC分析了其热稳定性,用密度泛函理论(DFT),在B3LYP/6-31+G**理论水平下估算了该化合物的爆轰性能。结果表明,在水为介质、反应时间为5h、反应温度为100℃条件下,5-ATHTO的产率最高为86.2%。该化合物在240℃左右分解,说明其热稳定性良好。结构优化后用Monte-Carlo方法估算5-ATHTO的理论密度为1.85g/cm3,用Born-Haber循环求得生成热为808.5kJ/mol,用Kamlet-Jacobs公式估算出爆热为1 504.35J/g,爆速为8.25km/s,爆压为32.6GPa,撞击感度的计算值为52cm,表明5-ATHTO是具有良好爆轰性能的钝感含能化合物。

4-氨基-3,7-双(1H-四唑-5-基)-[1,2,4]三唑并[5,1-c][1,2,4]三嗪(DTTA)的晶体结构和热稳定性

为深入研究新型含能材料4-氨基-3,7-双(1H-四唑-5-基)-[1,2,4]三唑并[5,1-c][1,2,4]三嗪(DTTA)的相关性能。采用核磁共振谱(1H NMR、13C NMR)、红外光谱(IR)、高分辨质谱(HRMS)和X-射线单晶衍射仪等分析仪器对化合物的结构进行了表征。通过溶剂挥发的方式,在DMSO溶液中得到了DTTA的溶剂化物DTTA·2DMSO的晶体结构。结果表明:DTTA·2DMSO属于单斜晶系,空间群为P 21/n,a=4.630 2(5)?,b=23.278(3)?,c=17.069(2)?,140 K时晶体密度ρ=1.561 g·cm-3。测得其25℃下的粉末密度ρ=1.811 g·cm-3。采用Hirshfeld表面对晶体中各种近相互作用进行了分析,晶体内占主导地位的是N…H&H…N作用,占比高达52.4%。采用热重及差示扫描量热仪联用(TG-DSC)研究了DTTA的热分解性能,分解峰温为287℃。对DTTA的理论爆轰性能进行了研究,计算爆速为8 419 m·s-1,计算爆压为24.8 GPa。采用BAM感度测试仪测试了其冲击感度为24 J,摩擦感度大于360 N。用Kissinger法与Ozawa法分别计算了其活化能EK为200.25 kJ·mol-1,r为0.99,EO为199.38 kJ·mol-1,r为0.99。DTTA的综合性能较优异,可以作为一种有潜力的高能量密度炸药使用。

1,1'-二羟基-5,5'-联四唑二羟胺盐和CMDB推进剂组分的相互作用研究

采用DSC实验、推进剂固化实验和真空安定性实验等多种手段,研究了1,1'-二羟基-5,5'-联四唑二羟胺盐(HATO)和CMDB推进剂组分的相互作用。DSC分析结果表明,HATO和硝化纤维素(NC)、硝化甘油(NG)、吉纳(DINA)、黑索金(RDX)、奥克托金(HMX)和炭黑(CB)之间存在强烈的相互作用,以及3-硝基-1,2,4-三唑-5-酮铅(NTO-Pb)、铝(Al)之间则无明显的相互作用。70℃条件下制备出含HATO的CMDB推进剂,DSC分析表明,受硝酸酯的作用,HATO使得CMDB推进剂的热分解峰温提前,但在155℃以下,含HATO的CMDB推进剂无明显热分解过程。真空安定性试验结果表明,100℃条件下持续加热48 h,HATO的放气量为0.30 ml/g,含HATO的CMDB推进剂的放气量为0.39 ml/g。

1,1′-二羟基-5,5′-联四唑二羟胺盐的晶形计算及控制

利用Materials Studio软件中Growth Morphology方法模拟计算了1,1′-二羟基-5,5′-联四唑二羟胺盐(TKX-50)的晶体形态和结晶习性,分析了主导晶面的表面结构特征;采用实验方法验证了模拟计算方法。结果表明,各稳定晶面在分子间距离、晶面电荷分布上存在很大区别。选择分子结构中具有负电子作用基团的晶体生长控制剂对其晶体形貌进行控制,可缩短快生长面和慢生长面之间生长速率的差距,减小晶体的形状系数。选择分子结构中含有富电子芳环的离子型表面活性剂为晶形控制剂,制备出了晶体形貌规整、呈多面体颗粒状、长径比明显变小的TKX-50晶体,试验结果验证了理论预测的正确性。

1,1'-二羟基-5,5'-联四唑二羟胺盐的合成与性能

以二氯乙二肟为原料,经取代反应、环化反应和复分解反应合成了1,1'-二羟基-5,5'-联四唑二羟胺盐(HATO),总收率为81.7%。研究以未经干燥的二叠氮基乙二肟为中间体,提高了操作的安全性,采用溶解度较大的锂盐为中间体,提高了复分解反应的收率。对HATO的热稳定性、机械感度、形貌和粒度分布进行了研究。结果表明,HATO的热分解峰温为249.14℃(10℃·min-1),放气量为0.3 mL·g-1(100℃,48 h),撞击爆炸概率为16%(10 kg落锤),特性落高为100 cm(5 kg落锤),摩擦爆炸概率为24%(3.92 MPa,90°),粒度为334μm。

1,1′-二羟基-5,5′-联四唑二羟胺盐及碱金属盐的合成、溶解度测定及关联

以1,1′-二羟基-5,5′-联四唑为原料,分别与氢氧化锂、氢氧化钠、氢氧化钾反应得到1,1′-二羟基-5,5′-联四唑的碱金属盐：1,1′-二羟基-5,5′-联四唑二锂盐（Li2DHBT）、1,1′-二羟基-5,5′-联四唑二钠盐（Na2DHBT）、1,1′-二羟基-5,5′-联四唑二钾盐（K2DHBT）,收率分别为90.6%、91.9%、90.2%。以Li2DHBT为原料,通过与盐酸羟胺的复分解反应得到1,1′-二羟基-5,5′-联四唑二羟胺盐（HATO）,收率为94.1%。利用激光监测技术,采用动态法测定了20-60℃下,HATO、Li2DHBT、Na2DHBT和K2DHBT在水中的溶解度,利用理想溶液模型和Apelblat方程对实验数据进行了关联。结果表明,四种盐在水中的溶解度均随温度的升高而增加。理想溶液模型、Apelblat方程的拟合值与实验值的平均相对误差在3.5%以内,但Apelblat方程对实验数据的关联结果较优。溶解热力学计算结果表明,HATO、Li2DHBT、Na2DHBT、K2DHBT的溶解焓分别为27.991,27.632,31.125,17.991kJ·mol^-1,溶解熵分别为23.431,36.807,41.251,3.139J·mol-1·K^-1。

1,1'-二羟基-5,5'-联四唑二羟胺盐和CMDB推进剂组份的相容性

采用差示扫描量热法(DSC)和真空安定性试验(VST)法研究了1,1'-二羟基-5,5'-联四唑二羟胺盐(HATO)与复合改性双基(CMDB)推进剂组份:硝化棉(NC)、NC/硝化甘油(NG)吸收药、吉纳(DINA)、黑索今(RDX)、奥克托今(HMX)、3-硝基-1,2,4-三唑-5-酮铅盐(NTO-Pb)及铝粉(Al粉)的相容性。DSC结果表明,HATO与NC、NC/NG、DINA及RDX不相容,与HMX、NTO-Pb、Al粉相容。VST结果表明,HATO与NC/NG、DINA不相容,与RDX中等反应,与NC相容。

重结晶工艺对1,1'-二羟基-5,5'-联四唑二羟胺盐热性能和机械感度的影响

为了研究不同重结晶工艺对1,1'-二羟基-5,5'-联四唑二羟胺盐(HATO,TKX-50)热性能和机械感度的影响,分别采用降温法、溶剂-非溶剂法,制备了6种不同粒径和晶体形貌的HATO样品。利用激光粒度仪和扫描电镜对不同重结晶工艺所得HATO样品的粒度和形貌进行了表征。利用差示扫描量热仪(DSC)对其热分解性能进行了分析。按GJB772A-1997方法对其撞击、摩擦感度进行了测试。结果表明,不添加表面活性剂,利用降温重结晶制备的HATO样品其粒度最大(d50=196.5μm)且晶体表面光滑、形状规则,表现出最高的分解温度及较低的机械感度,其分解峰温为249.1℃,撞击感度、摩擦感度分别为8%、20%。

1,1’-二羟基-5,5’-联四唑胍盐的合成、表征和性质研究

以1,1’-二羟基-5,5’-联四唑和碳酸胍为原料,合成出了1,1’-二羟基-5,5’-联四唑胍盐(G2DHBT),通过核磁共振谱、红外光谱、元素分析和X射线单晶衍射仪,对其结构进行了表征。G2DHBT属于单斜晶系,空间群P2(1)/c,晶胞参数:a=3.647 7(14),b=16.966(7),c=9.546(4),α=90°,β=97.465(6)°,γ=90°,V=585.8(4)3,Z=2,D c=1.634 g/cm3,μ=0.134 mm-1,F(000)=300。同时,通过差示扫描热分析技术和GJB 772A—97标准方法,分别研究了G2DHBT的热分解性能和机械感度性能,运用完全基组方法(CBS-4M),对G2DHBT的标准生成焓进行了理论计算,进而通过Kamlet-Jacobs公式和最小自由能法,分别计算了G2DHBT的爆轰参数和G2DHBT单元推进剂的性能。结果表明,G2DHBT的热分解峰温为289.8℃,撞击爆炸概率为0%,特性落高为112.2 cm,摩擦爆炸概率为2%,固相标准生成焓为387.69 kJ/mol,爆速为7202 m/s,爆压为22.1 GPa,G2DHBT单元推进剂的比冲为1 977 N·s/kg。

1,1′-二羟基-5,5′-联四唑二羟胺盐理论爆速的计算

利用自编FORTRAIN程序,基于BKW方程计算了1,1′-二羟基-5,5′-联四唑二羟胺盐(HATO)的爆速;利用Gaussian软件(V09)中的完全基组方法(CBS-4M)计算了HATO的生成焓,再使用Kamlet-Jacbos公式预估了HATO的爆速;制备了尺寸为Φ30mm×30mm的5种密度HATO混合炸药药柱,并按照GJB772A-97 702.1方法测试了其爆速,然后根据Urizar公式计算了HATO的理论爆速。结果表明,采用这3种方法计算得到的HATO的理论爆速分别为9 441、9 186和9 432m/s,表明自编FORTRAIN程序的爆速计算结果可靠,而采用Gaussian软件的爆速计算结果偏低。

5,5′-联四唑-1,1′-二氧氨盐的合成、晶体结构及性能

以乙二肟和叠氮化钠(NaN3)为原料,采用一锅法制备了中间体二叠氮基乙二肟(DAG),然后DAG与HCl、Et2O反应合成5,5′-联四唑-1,1′-二羟基二水合物(BTO),BTO与氯化铵发生复分解反应合成了目标化合物5,5′-联四唑-1,1′-二氧氨盐(ABTOX),用X-射线单晶衍射仪对其晶体结构进行表征。采用DTA/TG技术研究了ABTOX的热行为,并测试了其感度。结果表明,该晶体属于正交晶系,空间群为Aba2(41)。晶体学参数为:a=1.07165(13)nm,b=1.070 33(13)nm,c=1.329 04(16)nm,V=1.524 4(3)nm3,z=4,D=1.779g/cm3。ABTOX的热分解温度为287.8℃,撞击感度(H50)为46cm,摩擦感度为0。

四水合1,1'-二羟基-5,5'-联四唑钠盐的合成、晶体结构及性能

以二氯乙二肟为起始原料,通过一锅法合成了四水合1,1'-二羟基-5,5'-联四唑钠盐(SBTD·4H2O),并用红外、元素分析、扫描电子显微镜对其进行了表征,测试了目标化合物的单晶结构,结果表明其属于三斜晶系,P-1空间群,晶胞参数为a=5.6440(11),b=6.4476(17),c=8.303(11),α=100.131(5)°,β=96.789(3)°,γ=112.157(3)°,V=1,Dc=1.761 g·cm-3,F(000)=146,μ(Mo Kα)=0.227 mm-1。采用热重-差示扫描量热联用(TG-DSC)对其进行了热行为分析,在加热速率为10 K·min-1的条件下,该化合物从83.9℃开始失去结晶水,368.1℃开始分解,分解峰值温度为398.6℃,热稳定性良好。依据GJB772A-1997对SBT D·4H2O的感度进行了测试,撞击感度H50>100 cm,摩擦感度为0%,这表明其对机械撞击和摩擦不敏感。

3,6-双(1-氢-1,2,3,4-四唑-5-氨基)-1,2,4,5-四嗪-1,4-丁二胺盐的制备和热分解动力学及热安全性

利用3,6-双(1-氢-1,2,3,4-四唑-5-氨基)-1,2,4,5-四嗪(BTATz)和1,4-丁二胺,在DMSO中合成出了标题化合物。采用元素分析和红外光谱分析,测定了其结构。用DSC和TG/DTG热分析仪,对标题化合物进行了热分解行为及热分解动力学研究。结果表明,化合物的热分解过程只有一个放热阶段,该阶段的非等温热分解反应动力学方程的活化能和指前因子分别为92.95 kJ/mol和1016.58s-1。采用MicroDSCⅢ量热仪中的连续比定压热容测定模式,测定了化合物的比定压热容,比定压热容随温度呈现二次方关系,且298.15 K下的标准摩尔热容为443.22 J/(mol.K)。计算得到化合物的自加速分解温度(TSADT)、热爆炸临界温度(Tb)和绝热至爆时间分别为521.55、536.73 K和36.97 s。

5-氨基四唑硝酸盐的合成工艺优化及结构表征

以5-氨基四唑一水化合物(5-AT·H2O)为原料,与硝酸反应一步制得5-氨基四唑硝酸盐(5-ATN)。研究了硝酸用量、反应温度和反应时间对目标物合成的影响。通过正交实验得到最优合成工艺:20℃下,5 g 5-AT·H2O与15 mL浓硝酸(65%)边搅拌边反应15 min,目标物产率达92.6%。和文献报道比较,该工艺反应温度降低、时间缩短、产率提高。表面形貌分析与吸湿性测试结果表明目标产物晶体表面光滑、吸湿性低。

三硝基间苯三酚5-氨基四唑盐的晶体结构及热分解(英文)

制备得到标题化合物并对其进行了元素分析与红外光谱分析.用X射线衍射方法测得其晶体结构属于正交晶系,空间群Pbca,晶胞参数a=0.6624(2)nm,b=1.7933(4)nm,c=2.3117(5)nm,V=2.7458(9)nm3,Z=4,Dc=1.849g·cm-3.其分子式可写作(ATZ)TNPG·2H2O.5-氨基四唑阳离子(ATZ+)和三硝基间苯三酚阴离子(TNPG-)通过氢键在b轴和c轴方向上联成二维层面,然后在a轴方向通过不同层中的水分子之间的氢键联接起来.用差示扫描量热法(DSC),TG-DTG结合傅立叶变换红外光谱(FT-IR)分析了其热分解过程.在氮气气氛下用10℃·min-1的升温速率测定发现,该化合物经历一个峰温为76℃的吸热过程及一个峰温为203℃的放热过程.前者为脱除结晶水的过程,后者为产物中的TNPG-与ATZ+的热分解过程,放热的焓变为-212.10kJ·mol-1.对该过程估算动力学参数:采用Kissinger法得活化能E=132.1kJ·mol-1,ln(A/s-1)=12.54,r=0.9990;采用Ozawa-Doyle法得E=133.1kJ·mol-1,r=0.9992.

5-氨基四唑硝仿盐的理论计算

采用量子化学方法研究了5-氨基四唑硝仿盐的结构和性能,计算了5-氨基四唑硝仿盐的密度、生成热、爆速、爆压等,其预测密度为1.93g·cm-3,估算爆速和爆压分别为9.47km·s-1和38.82GPa,爆轰性能高于TNT,RDX和HMX。

1,1'-二羟基-5,5'-联四唑-二氨基乙二肟(DAGBTO)富氮含能盐的合成、晶体结构及热性能

以二氨基乙二肟(DAG)和1,1'-二羟基-5,5'-联四唑(BTO)为起始原料合成了新型富氮含能盐——1,1'-二羟基-5,5'-联四唑-二氨基乙二肟(DAGBTO)。用元素分析、傅里叶变换红外光谱、核磁和质谱对其结构进行了表征。培养了目标化合物的单晶,并通过X-射线单晶衍射仪测定了其晶体结构,结果表明其属于单斜晶系,C2/c空间群,晶胞参数为:a=11.3121(11),b=6.4480(4),c=15.3202(16),β=105.990(2)°,V=1074.23(17)~3,Z=4,D_c=1.782 g·cm^(-3),F(000)=592。通过差示扫描量热分析仪(DSC)研究其热分解行为,并对其非等温反应动力学参数和热安全性参数进行计算,其反应活化能为210.6 kJ·mol^(-1)(Kissinger法)和207.9 kJ·mol^(-1)(Ozawa-Doyle法),二者一致性较好,热分解温度高于190℃,热爆炸临界温度Tbp为200.7℃。

耐热炸药5,5'-联四唑-1,1'-二氧钾盐的合成及热分解

以乙二肟为原料,用"一锅法"制备了5,5'-联四唑-1,1'-二羟基二水合物(BTO)的关键中间体二叠氮基乙二肟(DAG),以复分解反应合成了5,5'-联四唑-1,1'-二氧钾盐(PBTOX),采用元素分析、红外光谱对其结构进行了表征,用DTA-TG技术研究了PBTOX的热分解过程,用原子力显微技术(AFM)和洛伦兹接触共振(LCR)成像技术测试了PBTOX晶体的表面形貌和晶体力学性能,进行了感度测试。结果表明,PBTOX的晶体结构为层状结构,其5℃·min^(-1)升温速率下的分解峰顶温度为383℃。撞击感度爆炸百分数和摩擦感度爆炸百分数均为0%。

1,1′-二羟基-5,5′-联四唑一草酰二肼盐的晶体结构及性能研究

通过草酰二肼与1,1′-二羟基-5,5′-联四唑(BTO)溶液的质子化反应制备了1,1′-二羟基-5,5′联四唑的一草酰二肼盐(BTOOH),产率达到92%;培养了BTOOH的单晶,用X射线单晶衍射和TG-DSC分别研究了BTOOH的晶体结构和热稳定性,并测试了其摩擦感度、撞击感度和静电感度。结果表明,BTOOH晶体属于单斜晶系,分子中含两分子配位水;其失水温度为123℃,放热分解峰温为245.49℃,显示了良好的热稳定性;BTOOH对撞击、摩擦和静电火花不敏感,感度均低于RDX。BTOOH制备工艺简单,可用于降温剂研究,具有较好的应用前景。

四水合5,5′-联四唑-1,1′-二氧锂盐的晶体结构与性能

制备了四水合5,5′-联四唑-1,1′-二氧锂盐[Li2(BTO)(H2O)4]n,培养了[Li2(BTO)(H2O)4]n的单晶。采用X-射线衍射仪测定了单晶结构。采用DTA/TG技术研究了[Li2(BTO)(H2O)4]n的热性能,并测试了其撞击感度和摩擦感度。结果表明,该晶体属于三斜晶系,空间群为P-1,晶体学参数为:a=0.534 5(17)nm,b=0.636 3(2)nm,c=0.830(3)nm,α=105.904(7),β=98.216(7),γ=111.516(7),V=2.430 2(13)nm3,z=2,D=1.736g/cm3。其热分解峰温为349.1℃,撞击感度为71.8cm,摩擦感度为0。