本发明属于化合物制备技术领域，具体涉及一种以苯环为母体的耐热化合物及其制备方法和应用。
背景技术
精确打击、高效毁伤能力和高生存能力是现代武器追求的目标，要实现这些目标，作为武器能量载体的高能量密度材料(hedm)必须满足高能量、高密度、低易损性、环境适应性和高热稳定性的要求。近年来，随着宇宙航行事业及石油天然气等地下资源开采的发展，越来越迫切需要一类能耐高压(或低压)、耐高温的炸药，简称耐热炸药。耐热炸药是指经受长时间的高温环境后仍能保持适当的机械感度且可靠起爆的一类炸药，这类炸药除具有普通炸药所拥有的爆轰性能外，通常还需具有较高的熔点和较高的热分解温度(超过250℃)。耐热炸药的研究最早是为了满足军事和宇航等方面的需求(如需要经受高温环境的宇宙飞行器、飞船的各级分离等)，现今，耐热炸药最主要的用途是用于油气井射孔弹的爆破器材中，它被划分为耐热单质炸药和耐热混合炸药。同时，按所耐受温度的不同，将耐热炸药划分为耐高温炸药(热分解温度在250℃以上和300℃以下的含能化合物)和耐超高温度炸药(热分解温度超过300℃以上的含能化合物)。耐热单质炸药可用于装填耐热雷管和耐热导爆索中，更重要的是，它可作为耐热混合炸药的基础组分，如获得广泛应用的是石油技术中的射孔弹装药等；另一方面，着力发展一些新的耐热单质炸药是为了满足宇宙航行的特种需要，因为火箭、导弹及航天飞机在速度上的发展，特别是空间武器的出现，对炸药提出了热安定性的要求。宇宙飞船在飞行过程中由于会受到空气动力学效应以及空间和月球真空环境等的影响，因而宇宙飞行器在进入空间和返回地球前均需加热以消毒灭菌，但常规炸药(如黑索今)长期在高温或低压下不够稳定，甚至在空气动力效应下易于蒸发，不能满足上述要求。因而，近年来，一些国家既注重研究如何提高现已开发的炸药如黑索金、奥克托金等的热安定性，又着力发展一些新的耐超高温的耐热炸药以满足宇宙航行等方面的特种需要。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种以苯环为母体的耐热化合物——2-氟-1,3-二氨基-4,6-二硝基苯(zxc-10)，该耐热化合物热稳定性能非常好。
本发明的另一目的在于提供上述耐热化合物的制备方法，所用原料安全，所需设备简单，制备方法简单易行，产率较高。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供一种以苯环为母体的耐热化合物，其结构式如式i所示：
本发明又提供上述耐热化合物的制备方法，包括以下步骤：
在室温磁力搅拌下，将氨水或氨的醇溶液与固体2,3,4-三氟-1,5-二硝基苯混合，搅拌，反应完毕后过滤、洗涤、干燥得到式i所示的耐热化合物2-氟-1,3-二氨基-4,6-二硝基苯。
方法一：在磁力搅拌下，将一定浓度的氨水或氨的醇溶液加入到固体2,3,4-三氟-1,5-二硝基苯中，反应完全后，过滤，水洗，得产物2-氟-1,3-二氨基-4,6-二硝基苯，反应温度为0～100℃；
方法二：在磁力搅拌下，将固体2,3,4-三氟-1,5-二硝基苯加入到一定浓度的氨水或氨的醇溶液中，反应完全后，过滤，水洗，得产物2-氟-1,3-二氨基-4,6-二硝基苯，反应温度为0～100℃。
进一步地，氨水或氨的醇溶液中的氨与2,3,4-三氟-1,5-二硝基苯的摩尔比大于等于4。
进一步地，所述氨水或氨的醇溶液中氨气的浓度为10～100％。
更进一步地，所述氨水中氨气的浓度为40％。
本发明还提供所述的耐热化合物在制备耐热炸药中的应用。
相比现有性能优越的耐热炸药，本发明的有益效果在于：
1.本发明所得到的目标化合物2-氟-1,3-二氨基-4,6-二硝基苯性能(见表1)优越，可广泛运用于深油井或空间探测等特殊领域；其相比常用耐热炸药，如tatb(1,3,5-三胺基-2,4,6-三硝基甲苯)，具有更好的爆轰性能，不溶于水，对环境友好，潜在的产业化价值更高，对新型耐热炸药的研究具有重大意义。
2.本发明的目标化合物2-氟-1,3-二氨基-4,6-二硝基苯的制备方法中所用原料安全，所需设备简单，制备方法远比tatb简单易行，产率较高、纯度也较高,易纯化、易重结晶。
3.本发明化合物与tatb相比，更易于工业化生产。
附图说明
图1为本发明耐热化合物2-氟-1,3-二氨基-4,6-二硝基苯的晶体形状。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限定本发明的保护范围。若未特别指明，实施例中所用技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。下述实施例中的试验方法，如无特别说明，均为常规方法。
薄层色谱(thinlayerchromatography，tlc)，又称薄层层析，属于固－液吸附色谱。本发明利用tlc技术检测反应釜2,3,4-三氟-1,5-二硝基苯的剩余量，判断反应是否完成，若剩余量为0，则反应完成。
本发明中，2-氟-1,3-二氨基-4,6-二硝基苯记为zxc-10；1,3,5-三胺基-2,4,6-三硝基甲苯记为tatb。
实施例1
一种以苯环为母体的耐热化合物2-氟-1,3-二氨基-4,6-二硝基苯的制备，包括以下步骤：
准确称取2,3,4-三氟-1,5-二硝基苯5.0克，放入到一个100毫升的茄形瓶中，室温磁力搅拌下加入40％浓氨水50毫升，加完后，在室温下继续搅拌反应到完全(tlc检测，时间约为21小时)，过滤，水洗，得亮黄色固体(2-氟-1,3-二氨基-4,6-二硝基苯)，其收率为93.01％；其核磁共振氢谱图为1hnmr(600mhz,dmso-d6,tms,ppm),δ＝8.63(s,1h),7.55(s,4h)；13cnmr(125mhz,dmso-d6,tms,ppm),δ＝138.30,136.10,123.23,122.39；elementalanalysisforc6h5fn4o4(216.13):calcd.c,33.75；h,2.16；f:8.65；n,25.89；found:c,33.34；h,2.33；f:8.79；n,25.92；o,29.61。
实施例2
一种以苯环为母体的耐热化合物2-氟-1,3-二氨基-4,6-二硝基苯的制备，包括以下步骤：
准确称取2,3,4-三氟-1,5-二硝基苯5.0克，放入到一个100毫升的茄形瓶中，室温磁力搅拌下加入40％浓氨水10毫升，加完后，在室温下继续搅拌反应到完全(tlc检测，时间约为47小时)，过滤，水洗，得亮黄色固体(2-氟-1,3-二氨基-4,6-二硝基苯)，其收率为90.65％。
实施例3
一种以苯环为母体的耐热化合物2-氟-1,3-二氨基-4,6-二硝基苯的制备，包括以下步骤：
准确称取2,3,4-三氟-1,5-二硝基苯5.0克，室温磁力搅拌下，加入到一个装有50毫升40％浓氨水的100毫升茄形瓶中，加完后，在室温下继续搅拌反应到完全(tlc检测，时间约为21小时)，过滤，水洗，得亮黄色固体(2-氟-1,3-二氨基-4,6-二硝基苯)，其收率为92.76％。
实施例4
一种以苯环为母体的耐热化合物2-氟-1,3-二氨基-4,6-二硝基苯的制备，包括以下步骤：
准确称取2,3,4-三氟-1,5-二硝基苯5.0克，放入到一个100毫升的茄形瓶中，室温磁力搅拌下加入乙二醇20毫升，通入氨气，直至反应完(tlc检测，时间约为11小时)，过滤，水洗，得亮黄色固体(2-氟-1,3-二氨基-4,6-二硝基苯)，其收率为84.23％。
实施例5
一种以苯环为母体的耐热化合物2-氟-1,3-二氨基-4,6-二硝基苯的制备，包括以下步骤：
准确称取2,3,4-三氟-1,5-二硝基苯100.0克，室温磁力搅拌下，加入到一个装有300毫升40％浓氨水的500毫升茄形瓶中，加完后，在室温下继续搅拌反应到完全(tlc检测，时间约为21小时)，过滤，水洗，得亮黄色固体(2-氟-1,3-二氨基-4,6-二硝基苯)，其收率为93.76％。
实施例6性能参数比较
参考文献(yinp,parrishda,shreevejm.energeticmultifunctionalizednitraminopyrazolesandtheirionicderivatives:ternaryhydrogen-bondinducedhighenergydensitymaterials[j].journaloftheamericanchemicalsociety,2015,137(14):4778.)所述方法测定实施例1所得的2-氟-1,3-二氨基-4,6-二硝基苯(zxc-10)和1,3,5-三胺基-2,4,6-三硝基甲苯(tatb)的生成焓，生成热，爆速，爆压，使用密度仪(3h-2000贝士德公司)测2-氟-1,3-二氨基-4,6-二硝基苯(zxc-10)和1,3,5-三胺基-2,4,6-三硝基甲苯(tatb)的密度，结果详见表1。
表1zxc-10和tatb的性能参数
结果显示：zxc-10的密度比tatb大0.09，zxc-10的生成焓比tatb增加了17.64％，zxc-10的生成热比tatb增加了14.12％，zxc-10的爆速比tatb增加了2.41％，zxc-10的爆压比tatb增加了8.00％。
以上所述之实施例，只是本发明的较佳实施例而已，仅仅用以解释本发明，并非限制本发明实施范围，对于本技术领域的技术人员来说，当然可根据本说明书中所公开的技术内容，通过置换或改变的方式轻易做出其它的实施方式，故凡在本发明的原理上所作的变化和改进等，均应包括于本发明申请专利范围内。