[发明专利]一种碳硼烷及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于推进剂用化学品合成领域，是以卤丙炔为原料，通过亲核取代反应合成含不饱和碳碳双键的炔丙基醚，由炔丙基醚结构中的炔基与癸硼氢加成，得到一类含不饱和碳碳双键的碳硼烷。

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，国外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化合物，它们能与推进剂组分相容，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”火箭筒用复合推进剂，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。

正己基碳硼烷与其它品种如异丙基碳硼烷、正丁基碳硼烷(NBC)等常温下都是液体，将它们加入端烃基聚丁二烯(HTPB)复合推进剂、端竣基聚丁二烯(CTPB)复合推进剂及聚氨酯(PU)复合推进剂中时，用量为10％～13％，一方面可起增塑剂的作用，同时又能使推进剂的燃速提高2至3倍。这类烷基碳硼烷衍生物作为增塑型燃速催化剂应用于复合固体推进剂时，存在的最大问题是迁移至复合固体推进剂表面使推进剂储存稳定性和安全性能恶化。

利用碳硼烷烯烃衍生物分子结构中C＝C双键参与推进剂的交联固化反应，可望克服其迁移性。但是，当碳硼烷笼型结构与双键间甲基数少时，C＝C反应性差。例如，4-(1-碳硼烷基)-丁烯能发生加成反应，但烯丙基、乙烯基或异丙烯基碳硼烷则都不能发生自由基加成反应。同样这些双键也不与过氧化氢、溴化碘等反应。这种双键的特异性主要是由于双键与碳硼烷笼型结构间有电子相互作用所致，碳硼烷笼型结构强的吸电子作用使双键的亲核性大为减弱。对于异丙烯基碳硼烷的紫外光谱、分子折射及对碱金属在液氨溶液中的加成反应的研究都表明这个双键的性质与共轭双键相同。

在上述基础上，本发明设计并制备了一种含烯基醚侧链的碳硼烷，其碳碳双键经由氧原子键连到笼型碳硼烷结构上，得到的含烯基醚侧链的碳硼烷衍生物具有以下几方面的优点：(1)常温下是液体，用于复合固体推进剂中可起增塑剂的作用；(2)硼含量高，能有效提高推进剂的燃速；(3)碳碳双键不具有共轭性、反应性强，通过碳碳双键参与推进剂的交联固化反应可克服其迁移性；(4)与以碳硼烷衍生物为原料制备碳硼烷衍生物相比，本发明合成过程中，最后一步为癸硼氢加成生成碳硼烷，这对于合成成本主要集中于癸硼氢的笼型碳硼烷来说，癸硼氢利用率高，碳硼烷成本低，有利于其工业化生产。

发明内容

本发明提供了一种碳硼烷及其制备方法，具体是指一种含烯基醚侧链的笼型碳硼烷及其制备方法，利用烯基醚侧链中碳碳双键参与固体推进剂交联固化反应，可以解决现有增塑型碳硼烷作为固体推进剂燃速催化剂添加时存在的迁移问题。

本发明的技术方案如下：

本发明的碳硼烷，其结构式为：

其中，

R＝(CH₂CH₂O)m(CH₂)nCH₂CH＝CH₂、(CH₂O)m(CH₂)nCH₂CH＝CH₂、

(CH₂CH₂O)mC(O)C(R¹)＝CH₂或(CH₂O)mC(O)C(R¹)＝CH₂；

其中m＝0、1或2，n＝0或n＝1～8的整数；R¹＝H或CH₃。

上述的碳硼烷制备方法包括亲核取代反应制备炔丙基醚、加成反应制备碳硼烷。

步骤1：亲核取代反应制备炔丙基醚技术配方及反应条件

将上述配方中的醚类溶剂、有机碱、亲核试剂和卤丙炔依次加入到反应器中，搅拌，在20～100℃下反应3～48h。

反应结束后，将反应液过滤除去生成的盐，滤液在40～110℃蒸馏除溶剂，得炔丙基醚。

上述醚类溶剂为乙醚、四氢呋喃、1，4-二氧六环、乙二醇二甲醚或乙二醇二乙醚及其任意两种以上混合物，混合时重量比为0.2～5∶1。

上述有机碱为吡啶、三乙胺或二乙胺。