[发明专利]一种笼型碳硼烷及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种碳硼烷及其制备方法，具体涉及的是以溴甲基碳硼烷为原 料，通过亲核取代反应将含能基团引入碳硼烷分子结构中，得到一类含能的笼 型碳硼烷，属推进剂用化学品合成领域。

背景技术

碳硼烷是硼氢化合物与炔类反应生成的一种二十四面体的闭型笼状结构 的化合物，与硼氢化合物对于热、潮及各种化学反应极端敏感性不同，碳硼烷 类化合物对热、水解和氧化具有很高的稳定性，因此一直受到航空和火箭工作 者的关注。

国外碳硼烷已作为固体推进剂高燃速调节剂或粘结剂而广泛研究，并发展 了一系列稳定的碳硼烷衍化合物，它们能与推进剂组分相溶，特别是能使复合 推进剂和双基推进剂获得高燃速或超高燃速等良好弹道性能。如1976年美国 通用动力公司研制的“蝮蛇”火箭筒中使用的复合推进剂，采用碳硼烷作为高 燃速催化剂大大改进了武器的性能和精度。1974年美国陆军部采用正己基碳 硼烷作为燃速调节剂研制成“卫兵”反弹道导弹系统备用的高燃速推进剂。

但是，国外众多研究表明，碳硼烷作为燃速调节剂使用时，必须在用量达 到比较大的水平才表现出燃速催化效果，有时甚至要求达到10％以上的用量。 碳硼烷高用量要求常常导致复合推进剂整体能量降低。

在本发明作出之前，有文献报道了1-溴甲基碳硼烷的合成方法，如Fein Marvin M.，Grafstein D.，Paustian John E.，Bobinski Jack，Lichstein M.Bernard.，Mayes Nathan，Schwqrtzand Nelson N.and Cohen M.S..Carboranes.II.the preparation of 1-and 1，2-substituted carboranes([J]. Inorg.Chem.，1963，2(6)：1118)和Sayles D.C.，Ala.Methyltricarboranyl methylperchlorate([P].US 3980710.1976)中，公开了1-溴甲基碳硼烷的合成 方法，其步骤是利用3-溴丙炔与癸硼氢B₁₀H₁₄在乙腈中发生加成反应后，经 冷却，过滤，蒸除乙腈，用热正己烷萃取得无色透明液体产物1-溴甲基碳硼 烷。

发明内容

本发明的目的是提供一种含能的笼型碳硼烷及其制备方法，以解决现有技 术存在的碳硼烷作为固体推进剂燃速催化剂添加时，导致复合推进剂体系能量 下降的不足。

为实现本发明的目的，本发明采用的技术方案是：

一种笼型碳硼烷，其结构式为：

其中，X＝-NO₂，-N₃或-ONO₂。

上述笼型碳硼烷的制备方法，包括下列步骤：

(1)亲核取代反应

按重量比，依次将3份的1-溴甲基碳硼烷和0.5～3份的亲核试剂加入到 8～80份的极性溶剂中，搅拌均匀，在室温条件下反应2～48小时，得到白色 浑浊液；

(2)萃取

将上述白色浑浊液在温度为60～80℃，真空度为0.5～20mmHg的条件下 进行减压蒸馏处理，除去其中的溶剂后，对得到的粘稠物以萃取剂进行萃取处 理，萃取进行3～4次，再把合并的萃取液在室温条件下水洗3～5次；

(3)干燥

在水洗后的萃取液中加入干燥剂，进行1～10小时的干燥处理；

(4)蒸馏

干燥处理后过滤除去干燥剂，再在温度为20～80℃，真空度为0.5～ 20mmHg的条件下进行蒸馏处理，去除萃取剂，得到含能笼型碳硼烷。

步骤(1)中所述的亲核试剂为亚硝酸钠、亚硝酸银、硝酸钠、硝酸银或 叠氮化钠。所述的极性溶剂为二甲基亚砜或N，N-二甲基甲酰胺，或它们中的 一种与水的混合物，其重量比为1～5∶5～1。

步骤(2)中所述的萃取剂为氯仿、二氯甲烷、甲苯、石油醚、正戊烷、 正己烷、正庚烷或乙酸乙酯；每次萃取时萃取剂的投入量与1-溴甲基碳硼烷 的重量比为2～10∶1。每次水洗时的用水量与1-溴甲基碳硼烷的重量比为0.5～ 10∶1。

步骤(3)中所述的干燥剂为无水硫酸钠；干燥剂的加入量与1-溴甲基碳 硼烷的重量比为0.5～10∶1。