KR101529507B1 - 다이(아미노구아니듐) 4,4’,5,5’-테트라나이트로-2,2’-바이이미다졸 및 이의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 둔감 고성능 분자 화약으로 유망한 4,4’,5,5’-테트라나이트로-2,2’-바이이미다졸의 불안정한 수소를 아미노구아니딘으로 안정화하여 다이(아미노구아니듐) 4,4’,5,5’-테트라나이트로-2,2’-바이이미다졸을 제공함으로써, 4,4’,5,5’-테트라나이트로-2,2’-바이이미다졸의 흡습성을 해소하고, 성능과 둔감도를 향상시키는 방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 다이(아미노구아니듐) 4,4’-5,5’-테트라나이트로-2,2’-바이이미다졸 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
다음 화학식 1로 표시되는 4,4’,5,5’-테트라나이트로-2,2’-바이이미다졸 (TNBI)은 둔감 고성능 분자 화약으로 유망한 물질이다.
[화학식 1]
그러나, 상기 화합물은 흡습성이 높고, 이미다졸 고리의 불안정한 수소에 기인하여 안정성이 낮은 문제점이 있다. 흡습성이 있는 화약을 밀폐된 공간의 탄체에 화약을 충전을 할 경우 수분으로 인하여 화약의 물성저하가 발생하고, 화약의 최종 목적인 기폭성능도 저하된다. 본 발명에서는 흡습성과 안정성을 높여 화약의 성능과 둔감도를 향상시켰다.
따라서, 본 발명의 목적은 4,4’,5,5’-테트라나이트로-2,2’-바이이미다졸의 흡습성 및 안정성을 향상시켜 보관 안정성을 향상시키는 것이다.
본 발명의 다른 한 가지 목적은 다이(아미노구아니듐) 4,4’,5,5’-테트라나이트로-2,2’-바이이미다졸 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 상기 목적은 다음과 같은 것들에 의하여 달성된다.
(1) 다음 화학식 2로 표시되는 다이(아미노구아니듐) 4,4’,5,5’-테트라나이트로-2,2’-바이이미다졸:
[화학식 2]
(2) 4,4’,5,5’-테트라나이트로-2,2’-바이이미다졸을 아미노구아니딘의 유기산 또는 무기산염과 반응시키는 것을 포함하는, 상기 화학식 2로 표시되는 다이(아미노구아니듐) 4,4’,5,5’-테트라나이트로-2,2’-바이이미다졸의 제조 방법.
본 발명에서는 둔감 고성능 분자 화약으로 유망한 4,4’,5,5’-테트라나이트로-2,2’-바이이미다졸의 불안정한 수소를 아미노구아니딘으로 안정화하여 흡습성을 해소하고, 성능과 둔감도를 향상시켰다. 본 발명에서 제공한 다이(아미노구아니듐) 4,4’,5,5’-테트라나이트로-2,2’-바이이미다졸은 4,4’,5,5’-테트라나이트로-2,2’-바이이미다졸의 고유 특성인 흡습성은 완전히 없어지고, 둔감도는 향상되었다.
도 1은 출발물질인 4,4’,5,5’-테트라나이트로-2,2’-바이이미다졸의 열중량 분석결과이다.
도 2는 4,4’,5,5’-테트라나이트로-2,2’-바이이미다졸의 흡습성을 해결하기 위하여 아미노구아니딘을 붙였을 때 열중량 분석결과이다.
도 2는 4,4’,5,5’-테트라나이트로-2,2’-바이이미다졸의 흡습성을 해결하기 위하여 아미노구아니딘을 붙였을 때 열중량 분석결과이다.
본 발명은 다음 화학식 2로 표시되는 다이(아미노구아니듐) 4,4’,5,5’-테트라나이트로-2,2’-바이이미다졸에 관한 것이다.
[화학식 2]
또한, 본 발명은 4,4’,5,5’-테트라나이트로-2,2’-바이이미다졸을 아미노구아니딘의 유기산 또는 무기산염과 반응시키는 것을 포함하는, 상기 화학식 2로 표시되는 다이(아미노구아니듐) 4,4’,5,5’-테트라나이트로-2,2’-바이이미다졸의 제조 방법에 관한 것이다.
상기 유기산은 초산일 수 있고, 상기 무기산은 황산 또는 염산일 수 있다.
다음의 반응식 1은 4,4’,5,5’-테트라나이트로-2,2’-바이이미다졸을 아미노구아니딘의 황산염과 반응시켜 상기 화학식 2의 화합물을 제조하는 방법을 예시한 것이다.
[반응식 1]
상기 반응식에 나타낸 바와 같이, 본 발명에서는 적당한 염기, 예를 들면, 수산화칼륨이나 수산화나트륨 존재 하에서 4,4’,5,5’-테트라나이트로-2,2’-바이이미다졸을 아미노구아니딘의 유기산 또는 무기산염과 반응시킨다.
반응 용매로는 메탄올을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
이때 반응 온도는 40 내지 70℃인 것이 적당하고, 반응 시간은 2 내지 5시간이면 충분하다.
실시예
이하에서는 본 발명을 실시예를 통하여 더욱 상세히 설명한다. 하지만, 본 발명은 하기 실시예의 범위로 한정되는 것은 아니다.
실시예
1:
4,4’,5,5’-
테트라나이트로
-2,2’-
바이이미다졸의
합성
2L 둥근 바닥 플라스크에 약 95% 황산 753 mL와 바이이미다졸 100 g을 넣고 약 1시간에 걸쳐서 모두 용해시켰다. 바이이미다졸이 모두 용해되었을 때, 촉매로서 우레아(urea) 4.48 g을 넣고, 이어서 약 60 g의 질산나트륨을 20 내지 30℃의 온도 범위에서 천천히 주입하였다. 질산나트륨을 주입하는 동안 황갈색의 NOx 가스가 발생하기 때문에 한번에 주입하면 위험할 수 있으므로, 온도를 20 내지 30℃로 유지하면서 천천히 주입하였다. 질산나트륨을 모두 주입한 후, 반응기의 온도를 80℃로 올려서 5시간 동안 반응시켜 반응을 완결시켰다. 그 다음, 반응기의 온도를 20℃로 낮추고, 1L의 얼음물에 반응 용액을 천천히 부었다. 얼음물 속에서 석출된 고체를 여과하여 4,4’,5,5’-테트라나이트로-2,2’-바이이미다졸 142g을 분말 상태로 얻었다. (수율: 60%)
1H-NMR (CDCl3): δ (ppm) 10.58 (br, 2H), 13C-NMR (CDCl3) δ (ppm): 138.63, 138.24, IR (NaCl): 3600.9 w, 3542.1 w, 1537.1 s, 1484.2 m, 1413.7 m, 1372.5 s, 1325.5
실시예
2:
다이
(
아미노구아니듐
) 4,4’,5,5’-
테트라나이트로
-2,2’-
바이이미다졸의
합성
500 mL 반응기에 4,4’,5,5’-테트라나이트로-2,2’-바이이미다졸 (10 g, 0.032 mol)과 MeOH (200 mL)를 넣고 반응 용액의 온도를 60℃로 유지하면서 TNBI가 모두 용해될 때까지 교반하였다. KOH (2 당량. 7 g)을 물 100 mL에 용해시켜 반응 용액에 첨가하였다. 이 때 용액은 진한 노랑색의 분산 용액 상태로 되었다. 이 혼합 용액에 아미노구아니듐 염산염 (2.2 당량, 8 g)을 첨가하고 교반하면 이온 교환(ion exchange) 반응이 일어나면서 용액이 점점 진해져서 진한 오렌지색으로 된다. 이온 교환 반응은 수분 이내에 일어나지만, 이온 교환이 완전히 이루어질 수 있도록 3 내지 4시간 동안 충분히 교반하였다. 교반 후 상온으로 냉각시키고 여과한 다음, 얻어진 고체를 얼음물로 세척하였다. 얻어진 고체를 건조시켜 13.1 g의 다이(아미노구아니듐) 4,4’,5,5’-테트라나이트로-2,2’-바이이미다졸을 얻었다. (수율: 73%)
IR (neat): ν 3423, 3395, 3289, 3096, 1666, 1592, 1520, 1466, 1373, 1303, 1191, 1110, 911, 856, 810, 751
1H NMR (300 MHz, DMSO) δ (ppm) 8.9 (bs, 1H), 7.16 (bs, 4H), 4.72 (bs, 2H); 13C NMR (75MHz, DMSO) δ (ppm) 158.91, 143.84, 140.41
실시예
3: 4,4’,5,5’-
테트라나이트로
-2,2’-
바이이미다졸과
다이
(
아미노구아니듐
) 4,4’,5,5’-
테트라나이트로
-2,2’-
바이이미다졸의
열중량
분석 시험
4,4’,5,5’-테트라나이트로-2,2’-바이이미다졸이 다이(아미노구아니듐) 염으로 전환되면서 흡습성이 향상되었는지를 확인하기 위하여 열중량 분석을 실시하였다. 열중량 분석에서는 시료를 저울이 달린 도가니에 넣고 10℃/분의 승온 속도로 가열하여, 시료 중의 휘발 성분의 제거로 인한 무게 감소가 발생하는지의 여부를 확인하였다.
도 1은 4,4’,5,5’-테트라나이트로-2,2’-바이이미다졸의 열중량 분석 결과이고, 도 2는 다이(아미노구아니듐) 4,4’,5,5’-테트라나이트로-2,2’-바이이미다졸의 열중량 분석 결과이다. 도 1에서는 50 내지 80℃의 온도 범위에서 무게 감소가 있었으나, 도 2에서는 이러한 현상이 나타나지 않았고, 220℃에서 급격히 분해되는 전형적인 고에너지 분자 화약의 분해 형태를 나타내는 것이 확인된다. 따라서, 본 발명에 따라 4,4’,5,5’-테트라나이트로-2,2’-바이이미다졸의 수소를 아미노구아니딘으로 안정화함으로써 흡습성뿐 아니라, 화약의 성능 및 둔감도 역시 개선되었다.
Claims (7)
- 4,4’,5,5’-테트라나이트로-2,2’-바이이미다졸을 아미노구아니딘의 유기산 또는 무기산염과 반응시키는 것을 포함하는, 제1항에 따른 다이(아미노구아니듐) 4,4’,5,5’-테트라나이트로-2,2’-바이이미다졸의 제조 방법.
- 제2항에 있어서, 상기 유기산은 초산이고, 상기 무기산은 황산 또는 염산인 방법.
- 제2항에 있어서, 상기 반응을 염기 존재 하에서 수행하는 것인 방법.
- 제4항에 있어서, 상기 염기는 수산화칼륨인 방법.
- 제2항에 있어서, 상기 반응의 용매로서 메탄올을 사용하는 것인 방법.
- 제2항에 있어서, 40 내지 70℃의 범위에서 2 내지 5시간 동안 반응시키는 것인 방법.
Priority Applications (2)
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Publications (2)
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- 2011-02-08 KR KR1020110011237A patent/KR101529507B1/ko active IP Right Grant
-
2012
- 2012-02-02 US US13/365,113 patent/US8697886B2/en not_active Expired - Fee Related
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GAO, HAIXIANG et al., ‘2,4,5-Trinitroimidazole-Based Energetic Salts’, Chem. Eur. J. 2007, 13, 3853 - 3860쪽* |
GAO, HAIXIANG et al., '2,4,5-Trinitroimidazole-Based Energetic Salts', Chem. Eur. J. 2007, 13, 3853 - 3860쪽 * |
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