3,5-二硝基吡唑-4-硝酸酯及其合成方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种以4-氯吡唑为原料制备3, 5-二硝基吡唑-4-硝酸酯的方法。
【背景技术】
[0002] TNT基熔铸炸药广泛应用于工业和军用等各个领域，对经济建设和国防建设做出 了巨大的贡献。然而在TNT的生产和应用过程中，不仅对操作人员及环境存在较大危害，而 且还存在渗油、收缩、空洞、发脆和膨胀现象，这些对弹药的感度、易损性和运输都会产生影 响，使其在钝感弹药标准测试中不能满足要求，在运输和使用时的安全性较差。因此各国都 致力于发展高能低感满足熔铸要求的单质或混合炸药，以期能够代替TNT作为熔铸炸药的 载体，而氮杂环含能化合物基本可以满足这些要求。
[0003] 氮杂环含能化合物的分子结构中含有大量的N-N键和C-N键，具有高的正生成焓， 能产生比较高的能量。吡唑类是氮杂环含能化合物中一类重要的化合物，由于吡唑结构上 存在Jr-电子体系，能形成类苯结构的大Jr键，因而在环上易于进行亲电取代、硝化、碘化、 卤化等反应，经硝化之后便可得到硝基吡唑。硝基吡唑由于具有高能钝感、低熔点以及可以 与大多数含能材料相容性好等优点，可替代TNT用于熔铸炸药，并可广泛应用于高能钝感 炸药及推进剂配方。在含氮基团中，硝酸酯基也是一种性能优良的含能基团，其氧平衡要优 于硝基的氧平衡，可广泛应用于各种含能材料。
[0004] 硝基吡唑分子中，硝基数量越多其性能越好，但现有的三硝基吡唑的合成方法存 在产率低，工艺不成熟的缺点；且现有技术还无法实现以吡唑类物质为原料制备可代替 TNT的含能化合物。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是提供一种可代替TNT的含能化合物3, 5-二硝基吡唑-4-硝酸酯。
[0006] 本发明的另一个目的是提供3, 5-二硝基吡唑-4-硝酸酯的合成方法。
[0007] 3, 5-二硝基吡唑-4-硝酸酯分子式为C3H07N5，化学结构式为：
【主权项】
1. 3, 5-二硝基吡唑-4-硝酸酯分子式为C3HO7N5，其特征在于，化学结构式为：
2. 权利要求1所述的3, 5-二硝基吡唑-4-硝酸酯的合成方法，其特征在于，是以4-氯 吡唑为原料，经过硝硫混酸硝化，再经过硝酸盐酯化而得的。
3. 根据权利要求2所述的3, 5-二硝基吡唑-4-硝酸酯的合成方法，其特征在于，步骤 为： (1) 硝化：将4-氯吡唑溶解到浓硫酸中，再滴加硝硫混酸，油浴升温至50-150°C，反应 2-15h后冷却到室温，将反应液倒入碎冰中，析出白色沉淀，抽滤，烘干后，将滤液用乙醚萃 取，合并抽滤和萃取的产物，然后用甲苯进行重结晶，得到4-氯-3, 5-二硝基吡唑； (2)酯化：将4-氯-3, 5-二硝基吡唑放入蒸馏水中，然后加入溶有硝酸盐的蒸馏水，在 20-80°C反应l-10h，过滤，将滤液用乙醚萃取，得浅黄色固体，即为3, 5-二硝基吡唑-4-硝 酸酯。
4. 根据权利要求3所述的3, 5-二硝基吡唑-4-硝酸酯的合成方法，其特征在于，步骤 (1)所述的硝酸硫酸为体积比1:1-1:8的硝酸与硫酸的混合液。
5. 根据权利要求3所述的3, 5-二硝基吡唑-4-硝酸酯的合成方法，其特征在于，步骤 (1) 中所述的4-氯吡唑为3g，分批加入到25ml98%浓硫酸中，然后滴加50mL的硝硫混酸， 然后升温反应。
6. 根据权利要求3所述的3, 5-二硝基吡唑-4-硝酸酯的合成方法，其特征在于，步骤 (2) 所述的4-氯-3, 5-二硝基吡唑与硝酸盐的摩尔比为1 :1-1 :10。
【专利摘要】本发明公开了3,5-二硝基吡唑-4-硝酸酯及其合成方法。3,5-二硝基吡唑-4-硝酸酯分子式为C3HO7N5，化学结构式为：。合成步骤为：（1）硝化：将4-氯吡唑溶解到浓硫酸中，加硝硫混酸，油浴升温反应，将反应液倒入碎冰中，抽滤烘干，乙醚萃取，合并抽滤和萃取的产物，用甲苯进行重结晶，得4-氯-3,5-二硝基吡唑；（2）酯化：将4-氯-3,5-二硝基吡唑放入蒸馏水中，加入溶有硝酸盐的蒸馏水，反应后过滤乙醚萃取，即为3,5-二硝基吡唑-4-硝酸酯。本发明产品的氧平衡OB达到0.034，爆热5006.9 kJ·kg-1，爆速8.44 km·s-1，爆压32.42GPa，是性能优良的含能化合物。
【IPC分类】C07D231-20
【公开号】CN104710364
【申请号】CN201510120962
【发明人】冯晓琴, 崔建兰, 曹端林, 李永祥, 王建龙
【申请人】中北大学
【公开日】2015年6月17日
【申请日】2015年3月19日