翟连杰, 罗义芬, 李亚南, 霍 欢, 毕福强, 樊学忠, 王伯周

(1. 西安近代化学研究所, 陕西 西安 710065; 2. 氟氮化工资源高效开发与利用国家重点实验室, 陕西 西安 710065)

1 引 言

高能量密度材料(HEDM)是武器系统的毁伤威力来源和动力能源,可提高推进剂、炸药和发射药的能量,在各类武器系统中发挥着至关重要的作用[1-4]。近年来,呋咱类含能化合物因其具有能量密度高、标准生成焓大、熔点低、氢含量少(或者无氢)、氧含量高等特点,受到世界各国含能材料研究者的高度关注[5-8]。相比于呋咱或异呋咱,氧化呋咱结构单元具有更为优异的综合性能,如更高的生成焓以及更高的氧平衡。实验研究发现,一个氧化呋咱基代替一个硝基,可使化合物的密度提高0.06～0.08 g·cm-3,相应的爆速可提高300 m·s-1以上[9-12]。其中最具有代表性是3,3′-二硝基-4,4′-偶氮氧化呋咱,其熔点为 128 ℃,密度为 2.002 g·cm-3,生成焓ΔHf为 667.8 kJ·mol-1,实测爆速大于10000 m·s-1,是继六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)之后的又一种新型高能炸药。但由于其合成路线长、收率低、感度高等缺点,限制了其在武器装备中大规模应用[13-14]。

3-氰基-4-硝基氧化呋咱具有典型氧化呋咱结构单元,引入硝基使得该化合物分子能量、氧含量进一步提高,引入氰基能够大大增加化合物分子稳定性以及降低感度。Kulikov等人[15]首次报道了其合成方法,该方法以乙酰乙酸乙酯为原料,经过六步反应得到3-氰基-4-硝基氧化呋咱,反应总收率仅为6.0%。该方法反应步骤长,后处理繁琐,且反应收率低。

基于此，本研究以丙二腈为原料,经重氮化、氰基加成、氧化四步合成了3-氰基-4-硝基氧化呋咱,采用红外、碳谱、氮谱对其结构进行了表征,确定了环外配位氧原子位置。……