几种含氟类含能化合物的设计及合成研究

论文摘要

含氟类含能化合物是一类重要的炸药。设计并合成新型含氟类含能化合物,对于提高传统的含C、H、O、N类含能化合物能量,平衡能量与感度间所形成的矛盾具有深远的意义。本文设计并合成了几种含有氟元素的新型含能化合物,并对其结构和主要性能进行了测试表征。主要工作如下:以苯环,三唑环为主要的结构单元,以-NO2,-NH2,-ONO2,-N3,-NHNO2为含能官能团,-OCF3,-CHF2为含氟官能团。设计了六种含能化合物;采用密度泛函理论（DFT）的B3LYP方法,在6-31+G**水平上对设计的化合物进行几何结构优化,进而得到系列化合物的密度。设计合适的等键反应,计算出化合物的生成焓。根据Kamelet-Jacobs方程预估化合物的爆轰性能;使用Multiwfn程序计算化合物静电势分布,预测其感度;考察具有最小键级化学键（即最弱键）的键离解能EBDE,进一步分析含能化合物热稳定性。根据系列化合物的性能预测结果,筛选出3,5-二氨基-2,4,6-三硝基三氟甲氧基苯,3,5-二硝基-1-二氟甲基三唑两种目标化合物,并设计出两种化合物的合成技术路线。以3,5-二溴三氟甲氧基苯为原料,经一阶硝化、二阶硝化,得到2,4,6-三硝基-3,5-二溴三氟甲氧基苯。以甲酰胺作为反应溶剂,使用氨气作为氨化剂,常压下与2,4,6-三硝基-3,5-二溴三氟甲氧基苯反应,得到目标产物2,4,6-三硝基-3,5-二氨基三氟甲氧基苯。用红外（FT-IR）,核磁氢谱碳谱(1H NMR,13C NMR)等手段对产物进行表征,并对合成工艺条件进行了优化。采用差示扫描量热仪（DSC）初步测试了目标产物的热性能,分解温度为326℃,使用撞击感度仪测试其特性落高为123.79 cm。以双氰胺、二盐酸肼为原料,经缩合环化、重排、重氮化反应合成3,5-二硝基三唑（DNT）,使用一氯二氟甲烷（CHClF2）为氟化试剂与DNT反应合成3,5-二硝基-1-二氟甲基三唑。详细研究了DAT的硫酸溶液滴加速度对中间体DNT合成产率的影响,探究了由DNT合成3,5-二硝基-1-二氟甲基三唑过程中无机碱种类的影响,使用红外、差热、元素分析,核磁等手段对合成产物进行表征,并对存在的问题进行了探讨。

论文目录

• 摘要
• abstract
• 1 绪论
•   1.1 引言
•   1.2 含氟类含能材料研究现状
• 2类含能材料研究进展'>    1.2.1 –NF₂类含能材料研究进展
• 5类含能材料研究进展'>    1.2.2 –SF₅类含能材料研究进展
• 2）₂ 类含能材料研究进展'>    1.2.3 –CF（NO₂）₂类含能材料研究进展
• 3、-OCF₃类含能材料研究进展'>    1.2.4 –CF₃、-OCF₃类含能材料研究进展
•   1.3 课题研究概述
•     1.3.1 课题研究目的及意义
•     1.3.2 课题研究主要内容
• 2 含氟类新型含能材料的分子设计
•   2.1 概述
•   2.2 分子设计
•     2.2.1 结构单元选择
•     2.2.2 官能团的选择
•     2.2.3 构造候选分子
•   2.3 性能参数预测
•     2.3.1 密度理论计算
•     2.3.2 生成热预测
•     2.3.3 爆轰性能计算
•     2.3.4 键解离能
•     2.3.5 性能预测
•   2.4 筛选合成目标化合物
•   2.5 分子合成路线设计
•     2.5.1 3,5-二氨基-2,4,6-三硝基三氟甲氧基苯合成路线
•     2.5.2 3,5-二硝基-1-二氟甲基-1,2,4 三唑合成路线
•   2.6 本章小结
• 3 3,5-二氨基-2,4,6-三硝基三氟甲氧基苯的合成研究
•   3.1 概述
•   3.2 实验合成路线
•   3.3 实验仪器及药品
•   3.4 合成步骤
•     3.4.1 2,4-二硝基-3,5-二溴三氟甲氧基苯合成
•     3.4.2 2,4,6-三硝基-3,5-二溴三氟甲氧基苯合成
•     3.4.3 2,4,6-三硝基-3,5-二氨基三氟甲氧基苯合成
•   3.5 产物表征及分析
•     3.5.1 2,4-二硝基-3,5-二溴三氟甲氧基苯表征及分析
•     3.5.2 2,4,6-三硝基-3,5-二溴三氟甲氧基苯表征
•     3.5.3 2,4,6-三硝基-3,5-二氨基三氟甲氧基苯表征
•   3.6 结果与讨论
•     3.6.1 硝化机理及过程
•     3.6.2 合成工艺探讨
•   3.7 性能测试
•     3.7.1 热性能测试
•     3.7.2 撞击感度测试
•   3.8 本章小结
• 4 3,5-二硝基-1-二氟甲基-1,2,4-三唑的合成探索
•   4.1 概述
•   4.2 合成路线
•   4.3 实验仪器及药品
•   4.4 合成过程
•     4.4.1 3,5-二氨基-1,2,4-三唑的合成
•     4.4.2 3,5-二硝基-1,2,4-三唑（DNT）的合成
•     4.4.3 1-二氟甲基-3,5-二硝基-1,2,4-三唑合成探索
•   4.5 合成机理及可行性分析
•     4.5.1 3,5-二氨基-1,2,4-三唑合成反应过程
•     4.5.2 3,5-二硝基-1,2,4-三唑合成反应过程
•     4.5.3 1-二氟甲基-3,5-二硝基-1,2,4-三唑合成可能机理
•   4.6 产物表征分析
•     4.6.1 3,5-二氨基-1,2,4-三唑产物表征
•     4.6.2 3,5-二硝基-1,2,4-三唑（DNT）产物表征
•     4.6.3 1-二氟甲基-3,5-二硝基-1,2,4-三唑表征
•   4.7 结果与讨论
•     4.7.1 合成路线优化
•     4.7.2 1-二氟甲基-3,5-二硝基-1,2,4-三唑合成结果分析
•   4.8 本章小结
• 5 结论与展望
•   5.1 结论
•   5.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 李洋

导师: 刘玉存

关键词: 含氟,含能化合物,分子设计,二氨基,三硝基三氟甲氧基苯,二硝基二氟甲基,三唑

来源: 中北大学

年度: 2019

分类: 工程科技Ⅰ辑,工程科技Ⅱ辑

专业: 燃料化工,武器工业与军事技术

单位: 中北大学

分类号: TQ560.1

总页数: 84

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