一种新型高能长氮链型含能化合物的合成方法

本发明涉及含能材料合成，本发明涉及一种新型高能长氮链型含能化合物的合成方法。

背景技术：

1、近几十年来含能材料广泛应用于军用和民用领域，传统的含能材料大多是多硝基化合物，合成路径复杂、合成和分解过程中会产生大量污染物，这大大阻碍了其发展脚步，尽管含能材料由于不同的用途具有不同的技术指标，但它们都有一个共同的目标：即追求高能量的输出、良好的安全和环保性能，为了达到这一目标，科学家们的研究主要集中在富氮含能材料领域，它们具有较高的氮含量，带来了较大的生成焓，分解产物主要为氮气，污染小还环保，并且，其结构上存在的n-n和n＝n在断裂时也会产生较大的能量，这就保证了富氮含能材料可观的爆轰性能，基于以上特点，设计和合成具有更高的氮含量(>60％)、生成焓(≈1000kjmol-1)和爆速(≈9000ms-1)的长氮链型含能化合物，成为当下研究的热点。

2、但是由于大量亚稳态键的存在，使得这类分子对于外界刺激均非常敏感，甚至有报道个别长氮链分子在室温下会自发爆炸，从而极大的阻碍了这类分子的合成与应用价值，2021年，北京理工大学基于4-硝基-1,2,3-三唑经过一个区域选择性的n-nh2化反应，合成了稳定性与能量较好的n8b含能分子(td＝193.8℃)，这为此类含能化合物的合成研究提供了思路，为此，含能化学家一直致力于合成更长氮链且稳定性良好的化合物，该研究难点在于：(1)如何实现高区域选择性的n-nh2化反应；(2)如何稳定长氮链结构。

3、在这样的设计思路上，我们开展了更长氮链n10的合成研究。

技术实现思路

1、为了克服现有技术的上述缺陷，本发明的实施例提供一种新型高能长氮链型含能化合物的合成方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种新型高能长氮链型含能化合物的合成方法，具体步骤如下：

3、s1：化合物5-(4-硝基-1,2,3-三唑-2基)-2-氨基-四唑的合成,从已知化合物5-(4-硝基-1,2,3-三唑-2基)-四唑出发，将1,8-二氮杂双环[5.4.0]十一碳-7-烯(dbu)加入体系中，随后向反应体系加入对甲苯磺酰羟胺(tha)的甲醇溶液，得到5-(4-硝基-1,2,3-三唑-2基)-2-氨基-四唑；

4、s2：化合物1,2-双(5-(4-硝基-2氢-1,2,3-三唑)-2氢-四唑)偶氮烯的合成，在冰盐浴条件下冷却上步产物的四氢呋喃溶液至-30至-20℃，然后加入二氯异氰尿酸钠(sdic)的醋酸(acoh)溶液，最后调节体系ph值至7-8，抽滤，水洗可得目标长氮链型化合物。

5、在一个优选的实施方式中，所述目标长氮链型化合物结构如下所示,

6、

7、在一个优选的实施方式中，所述s1中，所述1,8-二氮杂双环[5.4.0]十一碳-7-烯(dbu)，对甲苯磺酰羟胺的摩尔比为1：2～3：1～2。

8、在一个优选的实施方式中，所述s1中，所述溶剂为四氢呋喃。

9、在一个优选的实施方式中，所述s2中，所述二氯异氰尿酸钠(sdic)的摩尔比为1：1～2。

10、在一个优选的实施方式中，所述s2中，所述反应温度为-30至-20℃。

11、本发明的有益效果：

12、通过引入一个较大位阻的基团，利用位阻效应来实现高区域选择性的n-nh2化反应，同时，引入富氮芳香唑环，可以增加性能，还能同时增加分子间弱相互作用，如氢键以及π-π相互作用，进而增加分子的稳定性，由此，提出一种有效合成n10型长氮链化合物的合成路线，该方法产率较高，步骤简短，通过性能研究表明，该新型n10型长氮链化合物性能优异，有作为有机绿色起爆药的潜力。

技术特征：

1.一种新型高能长氮链型含能化合物的合成方法，其特征在于：具体步骤如下：

2.根据权利要求1所述一种新型高能长氮链型含能化合物的合成方法，其特征在于，所述目标长氮链型化合物结构如下所示,

3.根据权利要求1所述一种新型高能长氮链型含能化合物的合成方法，其特征在于，所述s1中，所述1,8-二氮杂双环[5.4.0]十一碳-7-烯(dbu)，对甲苯磺酰羟胺的摩尔比为1：2～3：1～2。

4.根据权利要求1所述一种新型高能长氮链型含能化合物的合成方法，其特征在于，所述s1中，所述溶剂为四氢呋喃。

5.根据权利要求1所述一种新型高能长氮链型含能化合物的合成方法，其特征在于，所述s2中，所述二氯异氰尿酸钠(sdic)的摩尔比为1：1～2。

6.根据权利要求1所述一种新型高能长氮链型含能化合物的合成方法，其特征在于，所述s2中，所述反应温度为-30至-20℃。

技术总结
本发明属于含能材料合成技术领域，具体涉及一种新型高能长氮链型含能化合物的合成方法,具体步骤如下：S1：化合物5‑(4‑硝基‑1,2,3‑三唑‑2基)‑2‑氨基‑四唑的合成，S2：化合物1,2‑双(5‑(4‑硝基‑2氢‑1,2,3‑三唑)‑2氢‑四唑)偶氮烯的合成，本发明从已知的化合物出发，通过引入一个较大位阻的基团，利用位阻效应来实现高区域选择性的N‑NH2化反应，同时，引入富氮芳香唑环，可以增加性能，还能同时增加分子间弱相互作用，如氢键以及π‑π相互作用，进而增加分子的稳定性，由此，提出一种有效合成N10型长氮链化合物的合成路线，该方法产率较高，步骤简短，通过性能研究表明，该新型N10型长氮链化合物性能优异，有作为有机绿色起爆药的潜力。

技术研发人员：冯尚彪,张树海,刘洋,杨博谦
受保护的技术使用者：中北大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/5