CN106432196A - 高能超高温耐热***k(cpt)结构制备方法及性能 - Google Patents

高能超高温耐热***k(cpt)结构制备方法及性能 Download PDF

Info

Publication number
CN106432196A
CN106432196A CN201610543511.7A CN201610543511A CN106432196A CN 106432196 A CN106432196 A CN 106432196A CN 201610543511 A CN201610543511 A CN 201610543511A CN 106432196 A CN106432196 A CN 106432196A
Authority
CN
China
Prior art keywords
explosive
nitro
production method
amino
cpt
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201610543511.7A
Other languages
English (en)
Inventor
周智明
李川
张曼
陈启山
付伟
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing Institute of Technology BIT
Original Assignee
Beijing Institute of Technology BIT
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing Institute of Technology BIT filed Critical Beijing Institute of Technology BIT
Priority to CN201610543511.7A priority Critical patent/CN106432196A/zh
Publication of CN106432196A publication Critical patent/CN106432196A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07D—HETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D403/00—Heterocyclic compounds containing two or more hetero rings, having nitrogen atoms as the only ring hetero atoms, not provided for by group C07D401/00
    • C07D403/02—Heterocyclic compounds containing two or more hetero rings, having nitrogen atoms as the only ring hetero atoms, not provided for by group C07D401/00 containing two hetero rings
    • C07D403/04—Heterocyclic compounds containing two or more hetero rings, having nitrogen atoms as the only ring hetero atoms, not provided for by group C07D401/00 containing two hetero rings directly linked by a ring-member-to-ring-member bond
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C06—EXPLOSIVES; MATCHES
    • C06B—EXPLOSIVES OR THERMIC COMPOSITIONS; MANUFACTURE THEREOF; USE OF SINGLE SUBSTANCES AS EXPLOSIVES
    • C06B49/00—Use of single substances as explosives

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)

Abstract

本发明的高能超高温耐热***1‑(3,5‑二硝基‑1氢‑吡唑‑4)‑5‑氨基‑3‑硝基‑1氢‑1,2,4‑***钾盐(K(CPT))及其制备方法，属于含能材料技术领域。其合成方法为：5‑氨基‑3‑硝基‑1，2，4‑***、3，4，5‑三硝基吡唑与氢氧化钾高温反应，得到目标化合物1‑(3,5‑二硝基‑1氢‑吡唑‑4)‑5‑氨基‑3‑硝基‑1氢‑1,2,4‑***钾盐。本发明的合成方法简单，具有规模化生产价值。所合成的含能化合物分解温度为325℃，密度为1.98g/cm3，计算爆速为8456m/s，爆压为32.5GPa,综合性能优于目前已知的超高温耐热单质***。

Description

高能超高温耐热***K(CPT)结构制备方法及性能
技术领域
本发明涉及高能超高温耐热***1-(3,5-二硝基-1氢-吡唑-4)-5-氨基-3-硝基-1氢-1,2,4-***钾盐(K(CPT))结构制备方法及性能，属于含能材料技术领域。
背景技术
耐热***是指一类热安定性较高的***,其表现为具有较高熔点和较低的蒸汽压,经长期加热和冷却后仍能可靠地起爆,同时具有适当的撞击感度和较高的能量。根据耐热性能的不同，将耐热性不超过220℃的单质***或其混合***称为高温耐热***。将耐热性超过250℃的单质***或其混合***称为超高温耐热***(山东化工,2012,41，54-56)。耐热***的出现，满足宇宙航行、深井射孔的特种需要。宇宙飞行器通过耐热******切割、实现发动机分离以及消毒灭菌。深井射孔中需要耐热***及导爆索，它们的主装药也是耐热***。耐热***最主要的应用还是在深井任务，井越深,越需要性能优良的耐热***(含能材料,1993,1,13-18)。
三氨基三硝基(TATB)是最早出现的耐热***，分解点360℃左右，爆速8114m/s(d＝1.93g/cm3)，爆压31.2GPa，撞击感度为50J，主要应用于深井***中(化工中间体,2012,14-16)。2,2’，4,4’，6,6’-六硝芪(HNS)，爆速7100m/s(d＝1.70g/cm3)，爆压26.2GPa，熔点315℃，它具有耐热性好，爆轰感度较高，电阈值低，临界直径小等优点，主要应用于传爆药和超深井耐超高温射孔弹主装药。2,6-二(苦胺基)-3,5-二硝基吡啶(PYX)，爆速7448m/s(d＝1.77g/cm3)，爆压24.2GPa，其熔点高达360℃(***器材,2013,41,1-4.)。主要应用于超深井耐超高温射孔弹主装。
Scheme 1. 经典单质耐热***分子结构
随着地下开采和宇宙航空的迅猛发展，对耐热***综合性能提出了更高的要求。目前正运用的耐热***，虽然具有良好的热稳定性，但能量水平普遍较低，最高爆速仅在8000m/s左右，不利于***构体的小型化使用，尤其是在宇宙航空领域的运用。
3,5-二硝基-吡唑具有良好的热稳定性及化学稳定性(Td＝316℃)，但爆速比TATB略高，熔点过低(Tm＝173℃)，利用多硝基吡唑的优异热稳定性，周智明等设计合成了一种多硝基双吡唑化合物(Scheme 2)，分解温度为308℃，爆速8724m/s,但熔点不十分理想(Tm＝269℃)。因此，获得一种熔点、分解点均大于300℃，爆速大于8000m/s的高能超高温耐热***，正是本发明需要解决的问题。
Scheme 2. 4-氯-3,3’,5,5’-四硝基-1’-氢-1,4’-双吡唑分子结构
发明内容
本发明的目的是设计出一种新的高能超高温耐热***分子结构，1-(3,5-二硝基-1氢-吡唑-4)-5-氨基-3-硝基-1氢-1,2,4-***钾盐(K(CPT)),获得其制备方法并测定或计算出其物化和爆轰性能。
发明的目的是通过以下技术方案实现的：
本发明的1-(3,5-二硝基-1氢-吡唑-4)-5-氨基-3-硝基-1氢-1,2,4-***钾盐(K(CPT))，其结构式如下：
本发明的1-(3,5-二硝基-1氢-吡唑-4)-5-氨基-3-硝基-1氢-1,2,4-***钾盐(K(CPT))是通过如下反应路线实现的：
其具体制备步骤如下：
在单口瓶中加入5-氨基-3-硝基-1，2，4-***(ANTA)、3，4，5-三硝基吡唑(TNP)、KOH和水，过滤除去不溶物，将滤液加入装有磁力搅拌的350mL厚壁密封玻璃管，密闭搅拌，升温反应30h,冷却后析出固体，过滤，冷水洗固体2次，用水重结晶得到黄色固体。上述反应中TNP:ANTA:KOH摩尔比为1:2:2.3–1:2:2.5；反应温度140～150℃，水用量为1mmol TNP加5～7mL。
本发明的优点是：
本发明中的目标化合物，具有良好的热稳定性，分解温度为325℃(升温速度5℃/min)，尤其是其具有优异的爆轰性能，爆速为8456m/s(d＝1.98g/cm3)，爆压为32.5Pa，综合性能优于目前已知的耐热单质***。
本发明中的目标化合物经测试，具有适当的撞击感度，为7.5J，摩擦感度为240N,易于起爆。
本发明中的含能化合物合成方法简单，产率高，并且产品无需经过复杂的纯化过程就可得到纯品，易于规模化生产。
具体实施方式
在单口瓶中加入2580mg(20mmol)5-氨基-3-硝基-1，2，4-***、2031mg(10mmol)3，4，5-三硝基吡唑、1400mg(25mmol)KOH和60mL水，待原料完全溶解后，过滤，将滤液加入装有磁力搅拌的350ml厚壁密封玻璃管，密闭搅拌，升温至140～150℃反应30h,冷却后析出固体，过滤，冷水洗固体2次，用水重结晶得到黄色固体1712mg，产率53％。分解温度：325℃(DSC，升温速率5℃/min)。IR(neat):3577,3392,3293,3227,3164,1643,1573,1496,1422,1371,1320,1146,1009,844,657cm-1；1HNMR(500MHz,d6-DMSO,25℃):δ＝7.26ppm；13C NMR(100MHz,d6-DMSO,25℃):δ＝160.9,158.2,151.3,106.1ppm；MS(ESI):m/z(％):284[M-H]-。
本发明所涉及的目标化合物K(CPT)生成焓，采用文献J.Phys.Chem.C.,2010,114,13142-13152中的方法计算；爆速、爆压等预测爆轰性能，采用EXPLO5软件(6.01版本)计算；密度为实测密度(Micromeritics AccupycⅡ1340 gas pycnometer)；撞击和摩擦感度分别用BAM撞击感度仪(BFH-10)和BAM摩擦感度仪(FSKM-10)测定；分解温度用差示量热扫描仪(梅特勒-托利多DSC-1)测定。
表1 K(CPT)的爆轰性能
[a]熔点[℃]；[b]分解点[℃]；[c]实测密度[g/cm3]；[d]氧平衡(CO)[％]；[e]撞击感度[J]；[f]摩擦感度[N]；[g]摩尔生成焓[kJ/mol]；[h]爆压[GPa]；[i]爆速[m/s]；[j]爆热[kJ/kg]；[k]N含量[％]。

Claims (3)

1.可用于含能材料领域的1-(3,5-二硝基-1氢-吡唑-4)-5-氨基-3-硝基-1氢-1,2,4-***钾盐(K(CPT))，其具有如下的结构：
。
2.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于：3，4，5-三硝基吡唑，5-氨基-3-硝基-1，2，4-***与KOH反应摩尔比为1：2：2，反应温度为140～150℃。
3.根据权利要求1所述的含能材料，其可运用于超高温耐热***领域。
CN201610543511.7A 2016-07-11 2016-07-11 高能超高温耐热***k(cpt)结构制备方法及性能 Pending CN106432196A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610543511.7A CN106432196A (zh) 2016-07-11 2016-07-11 高能超高温耐热***k(cpt)结构制备方法及性能

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610543511.7A CN106432196A (zh) 2016-07-11 2016-07-11 高能超高温耐热***k(cpt)结构制备方法及性能

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN106432196A true CN106432196A (zh) 2017-02-22

Family

ID=58183942

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610543511.7A Pending CN106432196A (zh) 2016-07-11 2016-07-11 高能超高温耐热***k(cpt)结构制备方法及性能

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106432196A (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108821983A (zh) * 2018-07-21 2018-11-16 信阳师范学院 一种以苯环为母体的耐热化合物及其制备方法和应用
CN114075174A (zh) * 2020-08-20 2022-02-22 南京理工大学 一种耐热***及其合成方法
CN116120135A (zh) * 2022-12-14 2023-05-16 中国工程物理研究院化工材料研究所 一种超高温射孔弹用***及其制备方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103483264A (zh) * 2012-06-12 2014-01-01 北京理工大学 1-硝胺-2,4-二硝基咪唑类含能离子盐及其制备方法
CN105111157A (zh) * 2015-09-21 2015-12-02 西安近代化学研究所 2,2’-二氨基-5,5’-二硝基-3,3’-双(1,2,4-***)化合物
CN105669574A (zh) * 2016-01-12 2016-06-15 西安近代化学研究所 3-氟偕二硝甲基-1,2,4-***化合物

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103483264A (zh) * 2012-06-12 2014-01-01 北京理工大学 1-硝胺-2,4-二硝基咪唑类含能离子盐及其制备方法
CN105111157A (zh) * 2015-09-21 2015-12-02 西安近代化学研究所 2,2’-二氨基-5,5’-二硝基-3,3’-双(1,2,4-***)化合物
CN105669574A (zh) * 2016-01-12 2016-06-15 西安近代化学研究所 3-氟偕二硝甲基-1,2,4-***化合物

Non-Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
CHENGMING BIAN 等: "3-Nitro-1-(2H-tetrazol-5-yl)-1H-1,2,4-triazol-5-amine (HANTT) and its energetic salts: highly thermally stable energetic materials with low sensitivity", 《JOURNAL OF MATERIALS CHEMISTRY A》 *
VIKAS DASHARATH GHULE 等: "Theoretical studies on nitrogen rich energetic azoles", 《J MOL MODEL》 *
XIU X. ZHAO 等: "A Green and Facile Approach for Synthesis of Nitro Heteroaromatics in Water", 《ORGANIC PROCESS RESEARCH & DEVELOPMENT》 *
赵廷兴 等: "硝基唑类含能化合物的合成研究进展", 《有机化学》 *
黄海丰 等: "基于有机阴离子的含能离子盐研究进展", 《火***学报》 *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108821983A (zh) * 2018-07-21 2018-11-16 信阳师范学院 一种以苯环为母体的耐热化合物及其制备方法和应用
CN108821983B (zh) * 2018-07-21 2020-10-23 信阳师范学院 一种以苯环为母体的耐热化合物及其制备方法和应用
CN114075174A (zh) * 2020-08-20 2022-02-22 南京理工大学 一种耐热***及其合成方法
CN114075174B (zh) * 2020-08-20 2023-09-26 南京理工大学 一种耐热***及合成方法
CN116120135A (zh) * 2022-12-14 2023-05-16 中国工程物理研究院化工材料研究所 一种超高温射孔弹用***及其制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Wang et al. Synthesis of 1-(2 H-tetrazol-5-yl)-5-nitraminotetrazole and its derivatives from 5-aminotetrazole and cyanogen azide: a promising strategy towards the development of C–N linked bistetrazolate energetic materials
CN106432196A (zh) 高能超高温耐热***k(cpt)结构制备方法及性能
Yan-shui et al. Study on synthesis, characterization and properties of 3, 4-bis (4'-nitrofurazano-3'-yl) furoxan
Qu et al. Copper-based energetic MOFs with 3-nitro-1 H-1, 2, 4-triazole: solvent-dependent syntheses, structures and energetic performances
Wang et al. Synthesis, Characterization and Thermal Properties of Energetic Compounds Derived from 3‐Amino‐4‐(tetrazol‐5‐yl) furazan
Zhang et al. Towards improved explosives with a high performance: N-(3, 5-dinitro-1 H-pyrazol-4-yl)-1 H-tetrazol-5-amine and its salts
Wang et al. Hydrothermal syntheses, crystal structures and physical properties of a new family of energetic coordination polymers with nitrogen-rich ligand N-[2-(1 H-tetrazol-5-yl) ethyl] glycine
CN108503626A (zh) 高能耐热***cpty结构制备方法及性能
CN105669582B (zh) 5,5’-偶氮双(1-硝胺基四唑)双钾盐化合物
Sun et al. Tetracyclic pyrazine-fused furazans as insensitive energetic materials: syntheses, structures, and properties
CN104311373A (zh) 三级煤矿许用安全环保乳化***及其制备方法
Coburn et al. Explosives synthesis at los alamos
CN110526909B (zh) 5,5’-双（3,5-二硝基吡唑基）-2,2’-双（1,3,4恶二唑）及合成方法
Hong et al. Three insensitive energetic co-crystals of 1-nitronaphthalene, with 2, 4, 6-trinitrotoluene (TNT), 2, 4, 6-trinitrophenol (picric acid) and D-mannitol hexanitrate (MHN)
CN107488181B (zh) 1,4-二硝胺基-3,6-二硝基吡唑[4,3-c]并吡唑二肼基四嗪盐化合物
He et al. Alkali and alkaline earth metal salts of tetrazolone: structurally interesting and excellently thermostable
Wu et al. Crystal structures, thermodynamics and accelerating thermal decomposition of RDX: Two new energetic coordination polymers based on a Y-shaped ligand of tris (5-aminotetrazole) triazine
Pandey et al. Polynitro-functionalized 4-phenyl-1 H-pyrazoles as heat-resistant explosives
CN103254216B (zh) 高氯酸三(4,4′-重氮-1,3,4-***)合铜(ii)高氮含能配合物及其制备方法
CN104829549A (zh) 5,5′-联四唑-1,1′-二氧金属盐及其合成方法
Yin et al. Nitrogen-rich salts of 1-aminotetrazol-5-one: oxygen-containing insensitive energetic materials with high thermal stability
Ma et al. Study on the synthesis of 2-fluoro-2, 2-dinitroethyl esters as a potential melt cast matrix in explosive charges
CN105272929A (zh) 草酰肼的5-硝基-1,2,4-***-5-酮盐化合物
US7192497B2 (en) Thermally stable booster explosive and process for manufacture
Singh et al. Studies on energetic compounds Part 23: Preparation, thermal and explosive characteristics of transition metal salts of 5‐nitro‐2, 4‐dihydro‐3H‐1, 2, 4‐triazole‐3‐one (NTO)

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
AD01 Patent right deemed abandoned

Effective date of abandoning: 20190628

AD01 Patent right deemed abandoned