[发明专利]一种双环丙基化合物、其制备方法及用途

说明书

本发明公开了一种双环丙基化合物，其具有如下结构：其命名为：2‑(3‑环丙基丁基)‑1,1‑二甲基环丙烷；和/或其命名为：2‑(2‑(1‑乙基环丙基)乙基)‑1,1‑二甲基环丙烷；和/或其命名为：1‑(4‑甲基戊基)‑1,1’‑双环丙烷。本发明还公开了所述双环丙基化合物的制备方法及用途。

技术领域

本发明属于新型航空航天燃料的技术领域，具体涉及一种双环丙基化合物、其制备方法及用于高热值、高能量、高热安定性的航空航天液体碳氢燃料的用途。

背景技术

随着航空航天工业的快速发展，与之相匹配的燃料的要求也随之提高，其中提高燃料的密度和热值是低成本提高飞行器推进性能的重要方式。而人工合成的燃料具有高密度和高体积热值的优点，能够在不增加油箱体积的情况下，提高飞行器的比冲量来扩大航程和有效载荷。对于火箭，燃料需要具有高能量密度和良好的热稳定性来增加火箭的比冲量并为之提供冷却剂。对于导弹，燃料需要具有高密度从而为导弹提供更多的能量来增大航程。目前，已经成功合成并广泛应用的导弹燃料主要包括RJ-4，RJ-5和JP-10等，此类燃料虽然具有高于0.90g/cm³的密度，但由于较低的热值和生成焓，从而导致比冲量较低，并不能满足先进航天器的需求。而常用的火箭煤油如RP-1和RP-2的密度也是仅高于0.80g/cm³，此类航空煤油的密度与生成焓均较低。因此，提高燃料的能量密度、热值与比冲量是一项亟需解决的难题。

文献AIAA,2013,3968公布了一种名为“syntin”含有三个环丙基环结构的液体碳氢燃料，其结构为其密度为0.85g/cm³，生成焓为151.9KJ/mol，张力能为313.6KJ/mol，是一种性能优良的火箭燃料。文献Chem.Sci.,2011,2,229-232公开了一种名为[n]ivyane的含n个环丙基环的烷烃及其制备方法，其是以[n]dendralene为原料，通过环丙烷化反应制得；其中[6]ivyane的结构为其燃烧热为50.8±2.5MJ/kg，是迄今为止所记录的碳氢化合物的最高数据之一。但是上述的两种环丙烷类燃料均由于制备方法复杂且生产成本昂贵而不利于工业化生产。

为解决上述问题提出本发明。

发明内容

本发明公开一种用于制备高热值、高能量、高热安定性的航空航天液体碳氢燃料的化合物及其制备方法。本发明的技术方案如下：

本发明第一方面公开了一种双环丙基化合物，其具有如下结构：其命名为：2-(3-环丙基丁基)-1,1-二甲基环丙烷，英文名称为：2-(3-cyclopropylbutyl)-1,1-dimethylcyclopropane；和/或其命名为：2-(2-(1-乙基环丙基)乙基)-1,1-二甲基环丙烷，英文名称为：2-(2-(1-ethylcyclopropyl)ethyl)-1,1-dimethylcyclopropane；和/或其命名为：1-(4-甲基戊基)-1,1’-双环丙烷，英文名称为：1-(4-methylpentyl)-1,1’-bi(cyclopropane)。

优选地，其质量热值高于42.8MJ/kg，冰点低于-80℃，理论质量比冲高于387s，热分解温度高于430℃。

本发明第二方面公开了所述双环丙基化合物的制备方法，包括如下步骤：

①在一定温度下，溶剂中，将月桂烯加入到锌类卡宾体中，反应一段时间，分离提纯后得到二环中间体1,1-二甲基-2-(3-环丙基-3-丁烯基)环丙烷，和/或1,1-二甲基-2-(2-(1-乙烯基环丙基)乙基)环丙烷，和/或1-(4-甲基-3-戊烯基)-1,1’-双环丙烷；

②在一定温度和压力以及催化剂的作用下，将步骤①得到的中间体进行加氢反应即得所述双环丙基化合物。

优选地，步骤①所述锌类卡宾体为RZnCH₂I，所述RZnCH₂I制备方法步骤为：