稠环类1,2,4,5-四嗪衍生物结构和性能的理论研究

2017-05-07宋纪蓉马海霞

含能材料 2017年4期

张驰, 陈沫, 陈湘, 张聪, 宋纪蓉,2, 马海霞

(1. 西北大学化工学院, 陕西西安 710069; 2. 北京故宫博物院文保科技部, 北京 100080)

1 引言

高氮含能化合物是近年来发展起来的并具有良好应用前景的高能量密度材料(HEDM),它具有很高的正生成焓,感度较低,热稳定性好,闪点温度高,且分子结构中的高氮低碳氢含量使其具有较高的密度,也更容易达到氧平衡[1-2]。四嗪类高氮化合物分子结构中含有较多的N—N和C—N键,四嗪环的含氮量高达68.3%,具有能量高、热稳定性好、特征信号低、燃烧无残渣及无污染等优点,广泛应用于推进剂、新型高能钝感炸药和烟火剂等含能材料领域[3-4]。而稠环含能化合物一般都具有较高的密度和能量,是目前高能量密度材料重要研究方向之一[5-6]。3-肼基-6-(3,5-二甲基吡唑)-s-四嗪可以发生成环反应形成稠环类四嗪含能化合物[7],如s-四嗪并三唑的衍生物1,2,4-三唑[4,3-b]并s-四嗪(TTZ)、6-氨基-1,2,4-三唑[4,3-b]并s-四嗪(ATZ)和3,6-二氨基-1,2,4-三唑[4,3-b]并s-四嗪(AATZ)。其后,研究者合成了许多稠环类四嗪衍生物[8-14],但有关该类化合物的研究大多集中在该类物质的制备及机理方面的研究,而有关性能研究相对较少。

基于此,本研究选取了一系列五元氮杂环与母体1,2,4,5-四嗪连接组成稠环化合物,设计了14种1,2,4,5-四嗪衍生物,在wB97/6-31+G**水平下获得此类化合物的稳定构型,在此基础上计算了其生成焓及爆轰性能,从理论上研究五元氮杂环作为取代基构成的稠环化合物对1,2,4,5-四嗪的影响,考察性能与结构之间的对应关系。