[发明专利]基于联三唑类化合物的含能离子盐及其合成方法

说明书

本发明公开了一种基于联三唑类化合物的含能离子盐及其合成方法。其步骤为：（1）5‑硝基‑2H‑1,2,3‑三唑‑4‑羧酸与1,3‑二氨基胍盐酸盐经过环化反应制得5‑(5‑硝基‑2H‑1,2,3‑三唑‑4‑基)‑4H‑1,2,4‑三唑‑3,4‑二胺；（2）选择氮含量高的氨水、水合肼和羟胺水溶液，分别经过成盐反应制得相应含能离子盐。本发明合成的含能离子盐具有良好的爆轰性能及正生成焓；（3）5‑(5‑硝基‑2H‑1,2,3‑三唑‑4‑基)‑4H‑1,2,4‑三唑‑3,4‑二胺经硝化反应制得N‑(3‑氨基‑5‑(5‑硝基‑2H‑1,2,3‑三唑‑4‑基)‑4H‑1,2,4‑三唑‑4‑基)硝酰胺。本发明的合成过程简单，反应条件温和，安全性高，且原料经济易得，产物收率高，可以实现大规模生产，在含能材料领域有广泛应用。

技术领域

本发明属于含能材料领域，涉及一种基于联三唑类化合物的含能离子盐及其合成方法。

背景技术

新型含能材料在炸药、推进剂和烟火技术等领域具有很大的潜在价值，其设计和研究一直是全球许多研究小组关注的焦点。在过去的两个世纪中，高能材料的发展已经经历了三个阶段。TNT、TATB等第一代含能材料是基于苯骨架设计，具有低爆震性能。第二代含能材料衍生自环状和脂肪族硝胺结构，例如RDX和HMX，尽管增强了化合物的爆震性能，但稳定性却下降了。第三代化合物基于笼状硝胺结构具有高爆震性能和高灵敏度，例如CL-20。显然，每一代的到来都极大地促进了高能材料的快速发展。然而，在研究过程中，高能量与低灵敏度之间始终存在着严重的矛盾。为了开发新一代的高能化合物，应考虑许多特性，包括高能量，低灵敏度，良好的热稳定性，环境友好性和运输安全性。因此，必须考虑新的能量分子骨架的研究。研究发现富氮杂环骨架对新型高能密度材料起关键作用，因为它们在杂环骨架的N-N和N＝N键中存储有巨大能量，并具有正的形成热。

富氮杂环化合物在新的高能化合物的发展中引起了极大的关注。其中三唑分子骨架表现出高氮含量，高密度和高生成焓，因此通常被选择为富氮杂环化合物结构的可能结构单元。三唑分子骨架包括1,2,3-三唑和1,2,4-三唑，1,2,3-三唑由于N-N-N(N3)结构比1,2,4-三唑(Δ_fH_m＝182kJ mol^-1)具有更高的形成热。通过将1,2,3-三唑引入到含能分子中的这种方法可以改善含能化合物的爆轰性能，除了杂环骨架外对形成热的有效贡献，连接在主链上的氨基基团对化合物的性能也很重要。并且引入氨基可以促进分子内和分子间氢键的形成，从而可以提高化合物的密度和稳定性，进而改善化合物低灵敏度的问题。

文献(From N-nitro to N-nitroamino:preparation of high-performanceenergetic materials by introducing nitrogen-containing ions[J].Angew.Chem.Int.Ed.2015,54,14513-14517)报导了一种化合物2,2’-二硝胺基-5,5’-二硝基-3,3’-联-1,2,4三唑，该化合物热分解温度为121℃，撞击感度3J，摩擦感度40N。该化合物较低的热稳定性和感度，导致储存和运输存在较大难度，实际生产过程中存在较大安全隐患，限制了实际应用。

发明内容

为改善联三唑化合物现有的稳定性问题，本发明目的在于提供一种基于联三唑类化合物的含能离子盐。

实现本发明目的的技术解决方案是：一种5-(5-硝基-2H-1,2,3-三唑-4-基)-4H-1,2,4-三唑-3,4-二胺含能离子盐(式1,2,3)，其结构如下：

一种N-(3-氨基-5-(5-硝基-2H-1,2,3-三唑-4-基)-4H-1,2,4-三唑-4-基)硝酰胺含能离子盐(式4,5)，其结构如下：