3,3′-二(偕二硝基甲基)-4,4′-偶氮呋咱的合成與熱性能

黃曉川, 王子俊, 秦明娜, 郭 濤, 劉 敏, 邱少君

(西安近代化學研究所, 陜西 西安 710065)

1 引 言

呋咱類化合物因具有高密度、高氮含量、高生成焓和高氧平衡等優點，作為新型高性能含能材料被廣泛研究[1-3]。將呋咱結構單元與硝基、偶氮基等含能基團結合，所獲得的含能化合物已多達百種，其中典型代表有3,4-二硝基呋咱基氧化呋咱、3,3′-二硝基-4,4′-偶氮氧化呋咱和3,3′-二硝胺基-4,4′-氧化偶氮呋咱[4-8]。2016年，Shreeve等通過引入偶氮基和偕二硝基兩種高能基團，設計合成出3,3′-二(偕二硝基甲基)-4,4′-偶氮呋咱(4)及其含能離子鹽等一系列新型含能化合物[9-10]。4的爆速和密度與RDX相當，且氧平衡為12.8%(ΩCO)，可作為炸藥及推進劑配方中的高氧平衡組分。3,3′-二(偕二硝基甲基)-4,4′-偶氮呋咱鉀鹽(3)的密度為2.039 g·cm-3，理論爆速為8138 m·s-1，爆壓為30.1 GPa，撞擊感度為2 J，摩擦感度為20 N，具有典型起爆藥的特性[9]。

文獻[9-10]雖然報道了3和4的結構信息和理論性能，但對合成反應過程的描述較為簡略，對一些關鍵中間體甚至未進行分離表征，而且也未對化合物的熱性能進行系統研究。基于此，本研究系統分析了3和4的合成過程及其熱性能，借鑒文獻報道[9]的反應路線，以3,3′-二氰基-4,4′-偶氮呋咱為原料，開展4和3的相關合成研究; 對文獻[9]中提及但未確證的物質進行分離、提純并表征其結構，最終確認為一種尚未見報道的新型呋咱化合物(1)，進一步完善了該反應過程研究; 使用1H NMR、13C NMR、IR、質譜及元素分析等手段對化合物結構進行表征，并通過差示掃描量熱法-熱重法(DSC-TG)研究1、3和4的熱行為。……