二(1,5-硝胺基四唑)-四水合镍化钾化合物的制作方法

本发明涉及一种含能材料，具体涉及一种二(1,5-硝胺基四唑)-四水合镍化钾化合物。

背景技术

起爆药是最敏感的化学能源，具有高敏感、高瞬发、高功率的特点，当受到外界较小的初始冲能如撞击、摩擦、针刺、火焰等激发时，会产生爆轰而引发次级装药爆炸。目前，在军用和民用领域广泛使用的起爆药为叠氮化铅和斯蒂芬酸铅，由于这两种起爆药含有有毒重金属元素——铅，导致使用该类起爆药对人员和环境造成严重污染，随着人们对武器弹药安全性和环境质量要求的提高，叠氮化铅和斯蒂芬酸铅的性能缺陷导致火工品及药剂勤务处理和使用中发生重大事故，也阻碍了火工品的发展，因此，各国科研工作者都在积极开展新型起爆药研究工作，期望设计出制备安全、感度适宜与高能输出、环保型的新一代起爆药品种。高氮四唑类衍生物结构含有大量的n-n和c-n键，具有芳香结构的稳定性，具有较好的热稳定性，较高的正生成热以及较大的产气量等特点，且其分解产物主要为清洁无污染的氮气，在构筑新型环保型起爆药方面具有广阔前景。5-硝基四唑具有化学潜能高、能量密度大等特点，高氮、低碳氢含量容易达到氧平衡，是一种具有潜力的含能材料配体，其中四(5-硝基四唑)·二水合铁(ⅱ)化钠是一种基于5-硝基四唑设计制备的新型绿色、环保型起爆药。

朱雅红等《环保起爆药四(5-硝基四唑)·二水合铁(ⅱ)化钠的合成和特性》，含能材料,2012,20(6),726-730公开了四(5-硝基四唑)·二水合铁(ⅱ)化钠化合物的分子结构和爆轰性能，该化合物结构如下所示：

该化合物爆速为5550m/s，爆容为506l/kg。但是该化合物爆容较小、爆速较低。

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，提供一种爆容较大、爆速较高的二(1,5-硝胺基四唑)-四水合镍化钾化合物。

本发明的二(1,5-硝胺基四唑)-四水合镍化钾化合物的合成路线如下：

以1,5-二硝胺基四唑为原料，首先与氢氧化钾反应生成1,5-二硝胺基四唑钾盐，然后与六水合硫酸镍发生复分解反应生成二(1,5-硝胺基四唑)-四水合镍化钾。

本发明的二(1,5-硝胺基四唑)-四水合镍化钾化合物，其结构式如(i)所示：

本发明的二(1,5-硝胺基四唑)-四水合镍化钾的合成方法，包括以下步骤：

(1)1,5-二硝胺基四唑钾盐的合成

室温下，依次将1,5-二硝胺基四唑、甲醇加入反应瓶中，冰水浴冷却至0～5℃，滴加氢氧化钾的甲醇溶液，在0～5℃继续反应0.5h，过滤、甲醇洗、真空干燥得白色固体；其中1,5-二硝胺基四唑与氢氧化钾的摩尔比为1:2～3。

(2)二(1,5-硝胺基四唑)-四水合镍化钾的合成

室温下，将1,5-二硝胺基四唑钾盐、水加入反应瓶中，搅拌溶解后，加入六水合硫酸镍，加热至55℃反应1h，冷却、过滤，减压浓缩滤液、冷却、过滤、干燥得绿色晶体；其中1,5-二硝胺基四唑钾盐与六水合硫酸镍的摩尔比为1:1～2。

本发明的优点：

本发明的二(1,5-硝胺基四唑)-四水合镍化钾化合物爆容较大，其爆容为574l/kg，对比文件的四(5-硝基四唑)·二水合铁(ⅱ)化钠的爆容为506l/kg；本发明的二(1,5-硝胺基四唑)-四水合镍化钾化合物能量较高，其爆速为7663m/s，对比文件的四(5-硝基四唑)·二水合铁(ⅱ)化钠的爆速为5550m/s。

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)1,5-二硝胺基四唑钾盐的合成

室温下，依次将0.17g(0.89mmol)1,5-二硝胺基四唑、3.0ml甲醇加入反应瓶中，冰水浴冷却至0～5℃，滴加3.0ml含0.112g(2mmol)氢氧化钾的甲醇溶液，在0～5℃继续反应0.5h，过滤、甲醇洗、真空干燥得0.19g白色固体，收率为79.8％。

结构鉴定：

红外光谱：ir(kbr,cm^-1),υ：1510,1439,1412,1367,1291,1236,1228,1099,1034,912,856

核磁光谱：¹³cnmr(dmso-d6,125mhz),δ：154.42

元素分析：分子式ck2n8o4

理论值：c4.51,n42.08

实测值：c4.62,n42.03。

上述结构鉴定数据证实得到物质确实是1,5-二硝胺基四唑钾盐。

(2)二(1,5-硝胺基四唑)-四水合镍化钾的合成

室温下，将0.133g(0.5mmol)1,5-二硝胺基四唑钾盐、3.0ml水加入反应瓶中，搅拌溶解后，加入0.197g(0.75mmol)六水合硫酸镍，加热至55℃反应1h，冷却、过滤，减压浓缩滤液、冷却、过滤、干燥得0.052g绿色晶体，收率为37.8％。

结构鉴定：

红外光谱：ir(kbr,cm^-1),υ：3531,3421,1521,1441,1415,1359,1288,1106,1036,921,859

元素分析：分子式c2h8n16o12nik2

理论值：c4.11,h1.38,n38.30

实测值：c4.28,h1.25,n38.36

单晶结构参数：该化合物晶体为单斜晶系，空间群为p2(1)/c，晶体学参数为：α＝90°，β＝104.524(4)°，γ＝90°，z＝2，μ＝1.608mm^-1，f(000)＝588。

上述结构鉴定数据证实得到物质确实是二(1,5-硝胺基四唑)-四水合镍化钾。

本发明二(1,5-硝胺基四唑)-四水合镍化钾的性能

(1)物化性能

外观：绿色晶体

溶解度：易溶于二甲基亚砜、水等；不溶于石油醚、正己烷、乙醚、乙酸乙酯、乙腈等

密度：2.111g/cm³x-射线单晶衍射仪

(2)爆轰性能

爆速：密度为2.111g/cm³，计算爆速为7663m/sk-j方程

爆热：密度为2.111g/cm³，计算爆压为28.8gpak-j方程

爆容：密度为2.111g/cm³，计算爆容为574l/kgk-j方程

本发明的二(1,5-硝胺基四唑)-四水合镍化钾的用途

本发明的二(1,5-硝胺基四唑)-四水合镍化钾具有爆容较大、能量较高等特点，有望作为新型环保起爆药。