[发明专利]1,3,5－三氨基－2,4,6－三硝基苯的合成方法

说明书

技术领域

本发明属于材料化学领域，特别涉及钝感含能材料1，3，5-三氨基-2，4，6-三硝基苯(TATB)的VNS合成方法。

背景技术

炸药不仅是武器的能源，也是国民经济体系中许多部门不可缺少的含能材料，在军用和民用两方面都占有重要地位。炸药的发展历经了第一代苦味酸，第二代TNT，第三代黑索今三个阶段，目前正处于以黑索今、奥克托今为主炸药，并以改进炸药性能为重点的阶段。过去常用炸药经常会因偶然因素导致灾难性事故，因此，现代武器对炸药的热稳定性、磨擦感度、撞击感度的要求越来越高了。而在科技高度发达的当今社会，空间探测、深井钻探、矿产开发等对于高能钝感炸药的要求也越来越高。而如今战略核武器小型化是核武器发展的主流趋势，提高核武器的安全性则至关重要，其中最核心的问题之一就是常规炸药的安全性。因此，大量研究者的重点长期集中在高能钝感炸药的研究上。

TATB(1，3，5-三氨基2，4，6-三硝基苯)是一种能量较高、感度较低、药柱尺寸适度就能起爆的安全炸药，是最早的耐热炸药之一，对热和撞击具有高度的稳定性，它作为不敏感高能炸药应用在许多高安全性的场合，用作火箭、导弹及宇航设备中所需的耐热炸药，同时也可民用。是美国能源部批准的唯一单质钝感炸药。美国绝大部分核航弹及核弹头使用了以TATB为基的高聚物粘结炸药。我国在含能材料的研究与应用方面，一直把TATB作为一种很好的活性钝感剂。随着科技进步，人类需要在地层深处和宇宙空间应用爆炸作用，对含能材料使用的温度和钝感性能要求较高，TATB可以满足这些要求，可用于石油深井射孔弹和制作液晶及电磁材料的原材料。在此，我们较详细地研究了TATB的合成方法。

自1887年TATB被合成以来，TATB的发展经历了以卤代物为原料的合成过程，包括70年代后，(美国)Pantex工厂开发的水胺化法生产TATB的方法，80年代中期，邱勇生研究的尿素法。但是这些方法得到的TATB含有NH₄Cl以及其它有机氯杂质很难除去，而且多氯苯是极毒的化学品，对环境污染严重。无氯TATB的合成始于70年代后期，包括1979年(美国)Nielsen等人报道以六硝基苯为原料生产TATB的方法；1980(美国)Nielson等人报道的以TNT为原料合成TATB的方法；1990年魏运洋将Schmit反应成功地引入TATB的合成路线中。这些反应得到的TATB虽然不含氯但它们的反应过程较复杂或反应条件苛刻，因此在工业生产中受到了限制。

VNS(Vicarious Nucleophilic Substitution of Hydrogen)法是在1987年由波兰化学家Makosza提出的一类含有硝基芳烃的邻、对位质子被氨基等所取代的反应。(美国)LLNL和Pantex在ADAPT的支持下承担了DOE计划，开发新型经济、环境友好的TATB的生产工艺。1995年至1998年，他们对以TNA和TNB为原料，采用VNS方法合成TATB进行了一系列报道，但在国内还未见关于采用VNS法合成TATB的报道。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有生产工艺中存在的反应操作复杂，反应条件苛刻，反应物有毒等问题，提供了一种原料易得，反应条件温和，操作简便，反应时间短，产物容易处理且产率较高的TATB的VNS合成方法。

本发明的1，3，5-三氨基-2，4，6-三硝基苯的合成过程如式(1)所示，其中涉及到的反应列于式(2)。从反应式中不难发现无论是盐酸羟胺中的盐酸和甲醇钠反应，还是反应生成的水和甲醇钠反应都会有甲醇生成，因此向体系中加入钠可促进反应向右进行，促使反应完全进行。

在反应容器中，将三硝基苯胺(TNA)溶于较好溶解三硝基苯胺的溶剂中，每0.5g三硝基苯胺反应物加溶剂1～100ml，优选加溶剂5～50ml，然后在室温下加入胺化剂和碱类催化剂，选择加入金属钠，搅拌，升温加热进行反应，其中，胺化剂的加入量为三硝基苯胺摩尔数的3～25倍，优选加入量为3～20倍，碱类催化剂的加入量为胺化剂摩尔数的2～9倍，金属钠加入量为三硝基苯胺摩尔数的0～9倍；待反应完全后，冷却，倒入淬灭液中析出固体物质，过滤所得即为目标产物TATB。