[发明专利]一种双笼烃化合物及其制备方法和应用

说明书

本发明提供一种双笼烃化合物及其制备方法和应用，其具有如下式(I)或式(II)所示的结构：其中，式(I)和式(II)互为异构体，R为H或环烷烃，其中，R为环烷烃时，其与式(I)或式(II)螺接。该类化合物密度均在1.4g/cm³以上，体积燃烧热值大于52MJ/L，并且具有很好的热稳定性，是优异的高密度烃类燃料，可应用于航空航天领域。

技术领域

本发明涉及有机合成领域，具体涉及一种双笼烃化合物及其制备方法和应用。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

笼烃化合物根据其笼烃的个数可以分为单笼烃化合物和双笼烃化合物，对于单笼烃化合物的研究，从1964开始就备受关注，因为Eaton等人在1964年首次完成了立方烷的合成；但对于双笼烃化合物研究就比较少，因为双笼烃化合物的合成更复杂而且双笼烃化合物的种类也比较少，所以很少被关注。笼烃化合物的应用非常广泛，集中在两大领域，可作为高密度烃类燃料应用于航空航天领域，也可作为治疗疾病的药物组分应用于医药领域。

高密度烃类燃料是一种新型的合成燃料，主要用在航天飞行器的推进剂中。随着人类航天事业的快速发展，对燃料的性能要求也越来越高，不仅要有高的密度，而且要有高的体积燃烧热值，这样就可以保证飞行器狭小的发动机燃料箱里携带更多的燃料，以达到更快的航速和更远的航程。目前使用的高密度多环烃类燃料的密度均在1.0g/cm³左右，体积燃烧热值在40MJ/L左右。随着航天飞行器的不断发展，高密度笼烃类燃料不断被研究合成出来，与多环烃类燃料相比较，它具有更高的密度和更高的体积燃烧热值，密度一般都在1.0g/cm³以上，体积燃烧热值均高于40MJ/L，是更为理想的高密度燃料。

对于笼烃化合物的设计与合成，文献报道的单笼烃化合物种类较多，主要有立方烷、单高立方烷、篮烷和PCUD(五环[5.4.0.0^2,6.0^3,10.0^5,9]十一烷)。1964年，Eaton和Cole首次合成了立方烷。1966年，Hoover等人首次合成了单高立方烷。1966年，Masamune和Dauben等人首次合成了篮烷。1970年，Hoover等人又首次合成了PCUD。1974年Marchand另辟蹊径，以对苯醌和环戊二烯为初始原料，三步即合成了高收率的PCUD。而对于双笼烃化合物的设计与合成，文献报道的较少，PCUD烯烃二聚体是目前研究最为广泛的双笼烃，PCUD烯烃二聚体于1988年由Marchand等人首次合成，但是发明人发现，其合成路线复杂，产率低，不宜大量合成，合成路线中需要使用McMurry偶联反应来完成双笼状骨架结构的连接，这使得双笼烃化合物的合成成本大大提高，不适合大规模生产。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种新型双笼烃化合物，其结构如式(I)、式(II)所示，以及提供制备该双笼烃化合物的方法，以及制备该双笼烃化合物的中间体化合物式(III)或式(IV)，以及该双笼烃化合物在制备高密度烃类燃料或作为高密度烃类燃料在航空航天领域的应用。本发明的化合物密度均在1.4g/cm³以上，体积燃烧热值均大于52MJ/L，并且具有很好的热稳定性，是优异的高密度烃类燃料，可应用于航空航天领域。

其中，R为氢或环烷烃，所述R为环烷烃时，其与主体结构以螺碳原子螺接。

本发明所述螺接，是指R为环烷烃时，环烷烃与其所在环共有一个碳原子(即螺碳原子)，形成共有一个螺碳原子的螺环。

具体地，本发明具有如下所示的技术方案：

在本发明的第一方面，本发明提供了一种双笼烃化合物，其具有如下式(I)或式(II)所示的结构：