吴军鹏, 曹端林, 王建龙, 刘 洋, 李永祥

(中北大学化工与环境学院, 山西 太原 030051)

1 引 言

随着武器装备的革新和军事技术的发展,高能量、低感度、低成本、环境友好、综合性能好的含能材料已成为全世界各含能领域研发的热点[1-2]。吡唑环结构中环张力较大,含有高能的N—N键、C—N键,且结构中存在π电子体系,易于进行硝化、磺化、卤化等亲电取代反应[3-4]。环上硝基基团的引入,使其密度和氮含量增加,氧平衡更接近于理想值,从而改善化合物的爆轰性能。其中3,4,5-三硝基吡唑作为重要的硝基吡唑类化合物之一,具有高密度、高能量、低感度的优点,在含能材料领域具有广阔的应用前景。

3,4,5-三硝基吡唑(3,4,5-trinitro-1H-pyrazole,TNP,1)是唯一全碳硝化的吡唑类化合物,其分子结构式见图1。TNP为一种白色固体,不吸湿,易溶于水及乙醚、乙酸乙酯等有机溶剂。TNP的熔点为187.8 ℃,密度1.87 g·cm-3,爆速9.0 km·s-1,爆压37.09 GPa,热分解范围为260～350 ℃,具有良好的热稳定性和化学稳定性[5]。TNP的晶体结构为单斜晶系,空间群为Pc2/c, 晶胞参数为a=22.5218(9) Å,b=8.2885(3) Å,c=15.1944(6) Å,V=2167.68(14) Å3,Z=12。

3,4,5-三硝基吡唑结构(图1)中含有3个硝基,其强吸电子作用使得1号位上N原子电负性增大,N—H键可以与C、N或O去质子化的阴离子发生中和反应或复分解反应,从而形成N质子化的阳离子例如铵、肼、胍、唑、嗪鎓等,以及其他K+、Ag+、Ba2+、Sr2+等含能盐,也可通过氢键诱导引入唑类骨架的多样官能团或富氮杂环,形成高能量密度材料。3,4,5-三硝基吡唑及其衍生物可广泛应用于农药、医药、染料、含能材料等领域[6],具有深远的研究意义和广阔的发展前景。

图1 3,4,5-三硝基吡唑……