[发明专利]一种硝基多面体烷化合物2,5,8,11-四硝基四氮杂四星烷及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种硝基多面体烷化合物及其合成方法，具体涉及一种新型含能材料2,5,8,11-四硝基四氮杂四星烷及其合成方法，属于含能材料技术领域。

背景技术

在含能材料的研究领域中，化合物所含的能量大小是该化合物能否作为含能化合物的关键。在含能化合物领域中，热生成焓是一个评价该化合物性质好坏的重要标准，而当化合物中氮元素含量上升时，化合物的C-N键，N-N键数量增加，化合物的热生成焓也随之增大。故对多氮含能化合物的研究也得到了人们很大的关注。多面体烷是具有笼状体系的一类化合物，由于笼状体系具有高晶体密度和分子内部高张力能，使得这类化合物引起了含能材料研究人员的极大兴趣。氮杂四星烷属于多面体烷类化合物中的一种。由于氮杂四星烷中具有紧凑张力的环丁烷结构以及氮杂环体系的存在，使得该类化合物不仅具有更高的生成热、密度以及更好的氧平衡，而且提高了该类化合物的分子稳定性和含氮量，这为该类化合物作为含能材料的使用提供良好的基础。氮杂环有机化合物在含能材料的研究中属于比较活跃的一个领域。这类化合物含氮量高、生成热高、密度高、分解产物污染程度低等优点，因此，这类化合物成为当前高能量密度含能材料的研究热点，也是未来含能材料发展的重要方向之一。

本发明以含两个氮原子的吡嗪杂环(N,N-二硝基-1,4-二氢吡嗪，N,N-二酰-1,4-二氢吡嗪)为原料，通过一系列化学反应合成了一类2,5,8,11-四硝基四氮杂四星烷的笼状化合物，其有望成为一类新型含能材料。

发明内容

本发明的目的是提供一类2,5,8,11-四硝基四氮杂四星烷化合物以及简便、高效地制备该类化合物的方法及其作为一种新型含能材料的应用。

本发明所提供的2,5,8,11-四硝基四氮杂四星烷类化合物，具有如下结构通式(I)。

其中，R₁、R₂、R₃、R₄、R₅、R₆、R₇、R₈选自硝基、硝基胺基、氨基、氰基、叠氮基或氢等(不全为氢)，以及上述基团的亚甲基取代基(如CH₂NO₂，CH(NO₂)₂，C(NO₂)₃，CH₂NHHO₂，CH₂N(NO₂)₂，CH₂N₃，CH₂CN等)。

本发明所提供的2,5,8,11-四硝基四氮杂四星烷类化合物(如通式I所示)的制备方法包括以下步骤：以不同取代的N,N-二硝基-1,4-二氢吡嗪为原料，与模板(均苯四甲酸、硫脲等含有两个活泼氢的化合物)在溶剂中培养共晶，得到共晶化合物；所得的共晶化合物在光源的照射下发生[2+2]光环合反应，生成化合物(I)2,5,8,11-四硝基四氮杂四星烷。