本发明涉及一种含能材料，具体涉及一种1,4-二硝胺基-3,6-二硝基吡唑[4,3-c]并吡唑二氨基四唑盐化合物。
背景技术：
目前，氮杂芳环含能化合物的设计、合成及性能研究受到含能材料工作者的普遍关注，这类化合物分子中含有大量的c-n、c＝n、n-n、n＝n键，具有较高的正生成热，是其能量的主要来源，高氮、低碳氢含量使该类化合物更容易达到氧平衡，而较高的氮含量使其分解产物主要为氮气，清洁无污染，且产气量较大，未来在混合炸药、固体推进剂和气体发生剂等领域具有广阔的应用前景。5-氨基四唑是一种重要的氮杂环含能化合物前体，利用其结构中氨基的反应活性，可进一步形成硝基、硝胺基、三硝基乙氨基、偶氮基等含能基团，从而设计、合成出多种性能较好的四唑含能衍生物。将分子中的氨基转化成硝基可制备5-硝基四唑，该化合物进一步与氮、氢含量高的有机胺发生复分解反应，可设计合成出一系列的5-硝基四唑有机铵盐含能化合物，具有优良的爆轰性能。
haixianggao等《azole-basedenergeticsalts》，chem.rev.,2011,111,7377–7436一文公开了一种5-硝基四唑二氨基四唑盐的结构及性能，其结构如(ii)所示：
该化合物的密度为1.71g/cm3，其计算生成热为651kj/mol，爆速为8844m/s，爆压为30.7gpa。但是该化合物密度较小、生成热较低、爆压较小。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是克服背景技术的不足和缺陷，提供一种密度较大、生成热较高、爆压较大的1,4-二硝胺基-3,6-二硝基吡唑[4,3-c]并吡唑二氨基四唑盐化合物。
本发明的1,4-二硝胺基-3,6-二硝基吡唑[4,3-c]并吡唑二氨基四唑盐化合物的合成路线如下：
以1,4-二氨基-3,6-二硝基吡唑[4,3-c]并吡唑为原料，首先与硝硫混酸反应生成1,4-二硝胺基-3,6-二硝基吡唑[4,3-c]并吡唑，然后与1,5-二氨基四唑(dat)发生中和反应生成1,4-二硝胺基-3,6-二硝基吡唑[4,3-c]并吡唑二氨基四唑盐。
本发明的1,4-二硝胺基-3,6-二硝基吡唑[4,3-c]并吡唑二氨基四唑盐化合物，其结构式如(i)所示：
本发明的1,4-二硝胺基-3,6-二硝基吡唑[4,3-c]并吡唑二氨基四唑盐的合成方法，包括以下步骤：
(1)1,4-二硝胺基-3,6-二硝基吡唑[4,3-c]并吡唑的合成
室温下，将1,4-二氨基-3,6-二硝基吡唑[4,3-c]并吡唑、95％～98％(质量)浓硫酸加入反应瓶中，搅拌溶解后，冰盐浴冷却至-15℃～-10℃，缓慢滴加纯硝酸，控制体系温度不高于-10℃，加完后维持-15℃～-10℃反应2h，向体系中加入三氟乙酸，搅拌5min后，低温快速过滤、三氟乙酸洗涤、真空干燥得淡灰色固体1,4-二硝胺基-3,6-二硝基吡唑[4,3-c]并吡唑；其中纯硝酸的用量为每克1,4-二氨基-3,6-二硝基吡唑[4,3-c]并吡唑10.0～20.0ml,浓硫酸的用量为每克1,4-二氨基-3,6-二硝基吡唑[4,3-c]并吡唑50.0～100.0ml。
(2)1,4-二硝胺基-3,6-二硝基吡唑[4,3-c]并吡唑二氨基四唑盐的合成
室温下，将1,4-二硝胺基-3,6-二硝基吡唑[4,3-c]并吡唑、甲醇加入反应瓶中，搅拌溶解后，加入1,5-二氨基四唑，升温至55℃反应1h，冷却、过滤、干燥得淡黄色固体1,4-二硝胺基-3,6-二硝基吡唑[4,3-c]并吡唑二氨基四唑盐；其中1,4-二硝胺基-3,6-二硝基吡唑[4,3-c]并吡唑与1,5-二氨基四唑的摩尔比为1:2.0～2.2。
本发明的优点：
本发明的1,4-二硝胺基-3,6-二硝基吡唑[4,3-c]并吡唑二氨基四唑盐化合物密度较高，其密度为1.81g/cm3，对比文件的5-硝基四唑二氨基四唑盐的密度为1.71g/cm3；本发明的1,4-二硝胺基-3,6-二硝基吡唑[4,3-c]并吡唑二氨基四唑盐化合物生成热较高，其计算生成热为1444kj/mol，对比文件的5-硝基四唑二氨基四唑盐的计算生成热为651kj/mol；本发明的1,4-二硝胺基-3,6-二硝基吡唑[4,3-c]并吡唑二氨基四唑盐化合物爆压较大，其计算爆压为35.0gpa，对比文件的5-硝基四唑二氨基四唑盐的计算爆压为30.7gpa。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例1
(1)1,4-二硝胺基-3,6-二硝基吡唑[4,3-c]并吡唑的合成
室温下，将0.456g(2mmol)1,4-二氨基-3,6-二硝基吡唑[4,3-c]并吡唑、50.0ml浓硫酸加入反应瓶中，搅拌溶解后，冰盐浴冷却至-15℃～-10℃，缓慢滴加10.0ml100％纯硝酸，控制体系温度不高于-10℃，加完后维持-15℃～-10℃反应2h，向体系中加入50.0ml冷的三氟乙酸，搅拌5min后，低温快速过滤、三氟乙酸洗涤、真空干燥得0.59g淡灰色固体1,4-二硝胺基-3,6-二硝基吡唑[4,3-c]并吡唑，收率为92.8％。
结构鉴定：
红外光谱：ir(kbr,cm-1),υ：3216,1633,1556,1422,1376,1359,1297,1187,1112,1056,926
核磁光谱：1hnmr(dmso-d6,500mhz),δ：10.87(s,2h,2nh)
13cnmr(dmso-d6,125mhz),δ：128.60,133.44
元素分析：分子式c4h2n10o8
理论值：c15.10,h0.63,n44.03
实测值：c15.21,h0.54,n44.15。
上述结构鉴定数据证实得到物质确实是1,4-二硝胺基-3,6-二硝基吡唑[4,3-c]并吡唑。
(2)1,4-二硝胺基-3,6-二硝基吡唑[4,3-c]并吡唑二氨基四唑盐的合成
室温下，将0.159g(0.5mmol)1,4-二硝胺基-3,6-二硝基吡唑[4,3-c]并吡唑、6.0ml甲醇加入反应瓶中，搅拌溶解后，加入0.1g(1mmol)1,5-二氨基四唑，升温至55℃反应1h，冷却、过滤、干燥得0.22g淡黄色固体1,4-二硝胺基-3,6-二硝基吡唑[4,3-c]并吡唑二氨基四唑盐，收率为84.9％。
结构鉴定：
红外光谱：ir(kbr,cm-1),υ：3363,3281,2959,2861,2700,1726,1541,1426,1385,1328,1270,1191,1119,927
核磁光谱：1hnmr(dmso-d6,500mhz),δ：7.72(s,10h,2dath+)
13cnmr(dmso-d6,125mhz),δ：128.56,133.34,154.04
元素分析：分子式c6h10n22o8
理论值：c13.90,h1.94,n59.46
实测值：c13.83,h2.05,n59.53。
上述结构鉴定数据证实得到物质确实是1,4-二硝胺基-3,6-二硝基吡唑[4,3-c]并吡唑二氨基四唑盐。
本发明1,4-二硝胺基-3,6-二硝基吡唑[4,3-c]并吡唑二氨基四唑盐的性能
(1)物化性能
外观：淡黄色固体
溶解度：易溶于二甲基亚砜、n,n-二甲基甲酰胺、水等；不溶于石油醚、正己烷、乙醚等
密度：1.81g/cm3gaussian09程序b3lyp方法
氮含量：59.5％
(2)爆轰性能
本发明的1,4-二硝胺基-3,6-二硝基吡唑[4,3-c]并吡唑二氨基四唑盐的用途
本发明的1,4-二硝胺基-3,6-二硝基吡唑[4,3-c]并吡唑二氨基四唑盐具有氮含量高、生成热大、能量高等优点，可广泛用于混合炸药和推进剂技术领域。