[发明专利]4,5‑双(1H‑5‑四唑基)氧化呋咱的合成方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种4,5-双(1H-5-四唑基)氧化呋咱的合成方法，属于含能材料领域。

背景技术

高氮含能材料是当今含能材料的研究热点，不仅具有较高的密度、较高的正生成焓和较低的感度，同时还具有能量水平高、产气量大、爆轰产物清洁等特点。此类化合物分子结构中含有大量的C-N、C＝N、N-N和N＝N键，分解时释放大量氮气，产生较高能量，对撞击、摩擦等刺激不敏感，因此可用于高能低感炸药、气体发生剂、燃速调节剂、低特征信号推进剂、火焰配方抑制剂和烟火药等，成为世界各国含能材料研究者普遍关注的领域。4,5-双(1H-5-四唑基)氧化呋咱，是由四唑和氧化呋咱结构单元构成的富氮类含能化合物，其氮含量为63.1％，分解温度为220℃，实测密度为1.62g/cm³，标准生成焓ΔΗ_f为727.8kJ/mol，具有氮含量高、能量密度大和热稳定性好等特点，其综合性能优于4,5-二(四唑-5-基)呋咱，是一种性能优良的富氮含能材料。

2012年，Haifeng Huang，Zhiming Zhou，Lixuan Liang等人《Nitrogen-Rich Energetic monoanionic Salts of 3,4-Bis(1H-5-tetrazolyl)furoxan》Chemistry An Asian Journal，2012，7，707-714公开了一种4,5-双(1H-5-四唑基)氧化呋咱的合成方法，其合成路线如下：

该方法以4,5-二氰基氧化呋咱为原料，在溶剂N,N-二甲基甲酰胺中，与NaN₃和NH₄Cl作用反应生成4,5-双(1H-5-四唑基)氧化呋咱，反应收率为60.0％。但是该方法后处理繁琐，需要乙醚多次萃取，然后还需用卤水洗去乙醚萃取液中的N,N-二甲基甲酰胺；同时，N,N-二甲基甲酰胺做反应溶剂，不利于环保和节能减排，并且反应收率也较低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术中存在的不足，提供方法简单、节能环保、收率较高的4,5-双(1H-5-四唑基)氧化呋咱的合成方法。

本发明的4,5-双(1H-5-四唑基)氧化呋咱的合成路线如下所示：

本发明的合成路线以4,5-二氰基氧化呋咱为原料，在ZnCl₂催化作用下与NaN₃反应得到4,5-双(1H-5-四唑基)氧化呋咱。

本发明的4,5-双(1H-5-四唑基)氧化呋咱的合成方法，4,5-双(1H-5-四唑基)氧化呋咱结构式如(I)所示：

以4,5-二氰基氧化呋咱为原料，其结构式如(II)所示，本发明合成方法包括以下步骤：搅拌下，在温度15℃～25℃，将氯化锌和4,5-二氰基氧化呋咱加入到水中，再分批加入叠氮化钠，加完后加热升温至75℃～100℃反应3h～8h，然后中止反应，降至25℃后，用质量分数为36％浓盐酸酸化至pH＝1～2，随后过滤，滤饼经水洗、干燥，得4,5-双(1H-5-四唑基)氧化呋咱；其中氯化锌与4,5-二氰基氧化呋咱的摩尔比为1:0.5～2.0，4,5-二氰基氧化呋咱与叠氮化钠的摩尔比为1:2.0～4.0，4,5-二氰基氧化呋咱与水的摩尔比1:120～200。

本发明优选的4,5-双(1H-5-四唑基)氧化呋咱的合成方法，包括以下步骤：搅拌下，在温度20℃，将1.36g(10mmol)氯化锌和1.36g(10mmol)4,5-二氰基氧化呋咱加入到30mL水中，再分批加入1.95g(30mmol)叠氮化钠，加完后加热升温至90℃反应5h，然后中止反应，降至25℃后，用质量分数为36％浓盐酸酸化至pH＝1～2，随后过滤，滤饼经水洗、干燥，得4,5-双(1H-5-四唑基)氧化呋咱。

本发明的优点：

(1)本发明的4,5-双(1H-5-四唑基)氧化呋咱合成方法反应收率较高，其反应收率为90.9％，而对比文件中方法，反应收率为60.0％；(2)本发明的4,5-双(1H-5-四唑基)氧化呋咱合成方法后处理简单，反应液直接过滤就能得到4,5-双(1-H-5-四唑基)氧化呋咱，而对比文件中方法，反应液需用乙醚多次萃取，且须经卤水洗涤才能除去溶剂N,N-二甲基甲酰胺；(3)本发明的4,5-双(1H-5-四唑基)氧化呋咱合成方法节能环保，以水做反应溶剂，既能降低成本又符合节能减排要求，而对比文件中方法，以N,N-二甲基甲酰胺做反应溶剂。

具体实施方式