[发明专利]3-硝基-5-叠氮基-3-氮杂戊醇硝酸酯及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于含能材料领域，涉及一种叠氮硝酸酯，具体涉及3-硝基-5-叠氮基-3-氮杂戊醇硝酸酯及其制备方法。

背景技术

叠氮化合物的合成、应用研究至今已有一百多年的历史了，人们对叠氮化合物在结构、合成、应用等方面作了大量研究，并将其应用到含能粘合剂、含能增塑剂、氧化剂等诸多方面。由于叠氮基能量很高，每个叠氮基可提供356kJ/mol的生成焓，可提高体系的总能量；可提高体系的氮含量而不影响其碳氢比，增加体系燃烧时排气量；提高发射药或推进剂燃速，又可降低火焰温度，减少各中推进系统烟焰对红外制导系统的干扰以及提高武器的隐身性；尤其是饱和叠氮有机化合物的冲击感度较低，热安定性与化学安定性好，因而具有很好的实用价值。将叠氮基引入增塑剂的结构中去，已成为目前含能增塑剂研制中极具吸引力的合成方向，如叠氮硝胺(1,5-二叠氮基-3-硝基-3-氮杂戊烷(DIANP))便是其中的典型代表，已应用于多种枪弹武器系统装药。但与传统硝酸酯类含能增塑剂硝化甘油(NG)比，其氧含量较低，爆热低。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷与不足，本发明的目的是提供一种能够提高叠氮类增塑剂的氧含量和爆轰性能的叠氮硝酸酯及其制备方法。

为了实现上述技术任务，本发明采用如下技术方案予以实现：

3-硝基-5-叠氮基-3-氮杂戊醇硝酸酯，其结构式如下所示：

如上所述的3-硝基-5-叠氮基-3-氮杂戊醇硝酸酯的制备方法，该方法具体包括以下步骤：

步骤一，将溶剂加入到反应瓶中，升温至40℃～60℃，搅拌下加入1,5-二硝酰氧基-3-硝基-3-氮杂戊烷，直至1,5-二硝酰氧基-3-硝基-3-氮杂戊烷在溶剂中完全溶解后，再将叠氮化钠分批加入到反应瓶中，在温度70℃～85℃的条件下反应，其中：

1,5-二硝酰氧基-3-硝基-3-氮杂戊烷与叠氮化钠的摩尔比为1:（1.2～2）；所述的溶剂为二甲基亚砜或N,N-二甲基甲酰胺；

反应时间为2h～4h；

步骤二，反应结束，冷却至室温，将二氯甲烷加入到反应液中，进行萃取、洗涤，分离得到的有机层用无水硫酸镁干燥，然后减压蒸馏除去二氯甲烷，得到浅黄色油状液体；

步骤三，将浅黄色油状液体用硅胶柱层析，流动相为乙酸乙酯/石油醚，TLC跟踪检测，收集含有第二个组分的洗脱液，洗脱液经减压蒸馏得到无色透明液体3-硝基-5-叠氮基-3-氮杂戊醇硝酸酯，其中：

乙酸乙酯/石油醚的体积比为1：（4～5）。

本发明与现有技术相比较，具有如下有益技术效果：

本发明合成的叠氮硝酸酯，比DIANP的氧含量高，密度高，爆轰性能优良，且制备方法简单，能够作为新型含能增塑剂应用于发射药和推进剂中。

附图说明

图1是3-硝基-5-叠氮基-3-氮杂戊醇硝酸酯的IR谱图。

图2是3-硝基-5-叠氮基-3-氮杂戊醇硝酸酯的1H-NMR谱图。

以下结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步详细的说明。

具体实施方式

遵从上述技术方案，下述实施例给出一种叠氮硝酸酯，所述的叠氮硝酸酯为3-硝基-5-叠氮基-3-氮杂戊醇硝酸酯，其结构式如下所示：

如上所述的3-硝基-5-叠氮基-3-氮杂戊醇硝酸酯的制备方法，该方法具体包括以下步骤：

步骤一，将溶剂加入到反应瓶中，升温至40℃～60℃，搅拌下加入1,5-二硝酰氧基-3-硝基-3-氮杂戊烷，直至1,5-二硝酰氧基-3-硝基-3-氮杂戊烷在溶剂中完全溶解后，再将叠氮化钠分批加入到反应瓶中，在温度70℃～85℃的条件下反应，其中：

所述的溶剂为二甲基亚砜或N,N-二甲基甲酰胺；

反应时间为2h～4h；

1,5-二硝酰氧基-3-硝基-3-氮杂戊烷与叠氮化钠的摩尔比为1:（1.2～2）；

步骤二，反应结束，冷却至室温，将二氯甲烷加入到反应液中，进行萃取、洗涤，分离得到的有机层用无水硫酸镁干燥，然后减压蒸馏除去二氯甲烷，得到浅黄色油状液体；

步骤三，将浅黄色油状液体用硅胶柱层析，流动相为乙酸乙酯/石油醚，TLC跟踪检测，收集含有第二个组分的洗脱液，洗脱液经减压蒸馏得到无色透明液体3-硝基-5-叠氮基-3-氮杂戊醇硝酸酯，其中：

乙酸乙酯/石油醚的体积比为1：（4～5）。