[发明专利]含能二茂铁鎓离子盐及其制备方法

说明书

本发明公开了一种含能二茂铁鎓离子盐及其制备方法，该含能二茂铁鎓离子盐的结构式为式中R代表氢、正丁基或叔丁基；X^‑代表苦味酸、三硝基间苯二酚、三硝基间苯三酚中任意一种的一价阴离子。本发明以对苯醌为氧化剂，将二茂铁、正丁基二茂铁或叔丁基二茂铁进行氧化，以氧化后的离子化合物作为阳离子源，以苦味酸、三硝基间苯二酚或三硝基间苯三酚作为阴离子源，合成含能二茂铁鎓离子盐，所合成的化合物自然条件下不易挥发，热稳定性好，易于合成，产率和纯度较高，对高氯酸铵、黑索金和奥克托金热分解过程有显著的促进作用。

技术领域

本发明属于固体推进剂技术领域，具体涉及一类含能二茂铁鎓离子盐及其制备方法。

背景技术

燃速催化剂也称为燃烧调节剂，是固体推进剂配方中必不可少的组分之一，具有燃速催化活性高、增塑性好和降低压力指数等优点。在众多的燃速催化剂中，二茂铁类燃速催化剂因其优异的燃烧调节功能，广泛运用于复合推进剂中，在各种弹药导弹、机载战术导弹、反导高速动能导弹及海基水雷等国防性武器中发挥着关键作用。

已知的二茂铁类燃速催化剂有很多种，目前仅有少数在实际固体推进剂配方中得到应用。例如，正丁基二茂铁、叔丁基二茂铁和2,2-双(乙基二茂铁)丙烷等。这些二茂铁类燃速催化剂在固体推进剂的生产和运输过程中存在挥发、迁移、低温结晶和不含能的缺陷。在使用过程中会影响推进剂的催化性能，造成燃速不稳定和推进剂的感度增加，严重影响推进剂性能的稳定性、装药的贮存寿命、使用可靠性及环境适应性。例如，目前常用的性能较好的卡托辛对静电敏感，其蒸气和超细高氯酸铵粉尘的混合物在推进剂加工过程中有潜在危险性，曾在工厂发生过爆炸事故。因此，人们做了大量的研究工作以改进二茂铁及其衍生物易迁移、易挥发、低温结晶和不含能等问题。

为了克服商品化二茂铁类燃速催化剂易挥发、易迁移等缺陷，研究者在不断开发新型低迁移、低挥发、高含能的二茂铁类燃速催化剂。1989年吴艳钟等人也合成了双-(甲基二茂铁基)-甲烷、2,2-双-(甲基二茂铁基)-丙烷和2,2-双(甲基二茂铁基)-丁烷。2004年边占喜等人成功合成了2,2-双-(单烷基二茂铁基)-丙烷和2,2-双(烷基二茂铁基)-丙烷两个系列化合物。Norris和Nielsen等人将羟基引入双核二茂铁基中成功研制了4,4-双-(二茂铁基)-1-戊醇和4,4-双-(二茂铁基庚烷)两种化合物，它们可交联在复合固体推进剂中，从而降低催化剂的迁移性。近年来，众多科研人员又将杂原子化合物引入双核二茂铁中，2005年，我国内蒙古大学温国华课题组(《化学试剂》第27卷第7期417～418页(2005))从2,2-双二茂铁基丙烷出发，通过控制反应条件与邻氯苯甲酰氯发生单酰化和双酰化反应，先后制得(2,2-双二茂铁基丙烷)-6-甲酸酯化合物和(2,2-双二茂铁基丙烷)-6,6-二甲酸化合物。2008年，李保国等人(《应用化学》第25卷第3期286～289页(2008))合成了全新的二烷基双二茂铁甲氧基乙胺化合物。此外，研究者合成了一些新型的二茂铁类金属配合物，2010年，内蒙古大学边占喜合成了二茂铁三氮唑类衍生物，通过配位的方式将其与过渡金属Cu(II)、Zn(II)结合制备了一系列的二茂铁类配合物。随后边占喜等人(《有机化学》第35卷第4期922～926页(2015))通过引入极性大的二茂铁β-二酮和金属(Cu和Ni)离子，利用配位的方式合成了一类新型的二茂铁类燃速催化剂双二茂铁不饱和β-二酮过渡金属配合物和二茂铁芳基β-二酮金属配合物。2015年，王春燕等人(《欧洲无机化学》第1012～1021页(2015))以二茂铁四氮唑为主配体，2,2-联吡啶和1,10-邻菲罗啉为辅助配体，与过渡金属形成了一系列的二茂铁四氮唑金属配合物。虽然人们已经合成了众多的含有二茂铁基团的催化剂，但这些化合物中不含像多硝基酚这样的含能化合物，所以对推进剂的能量水平贡献有限。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有二茂铁类燃速催化剂的易迁移、易挥发且自身不含能的缺点，提供一种在自然条件下不易挥发，热稳定性好，且催化性能可调控的一类含能二茂铁鎓离子盐，并为其提供一种操作简单、成本较低、收率较高的制备方法。