3,6-二肼基-1,2,4,5-四嗪的合成与表征(2)
4.1 实验步骤 14
4.2 结果与讨论 14
4.2.1 投料比对收率的影响 14
4.2.2 反应时间对收率的影响 15
4.3 BT的图谱表征 15
5 3,6-二肼基-1,2,4,5-四嗪的制取与工艺条件的优化 17
5.1 实验步骤 17
5.2 结果与讨论 17
5.2.1 反应温度对DHT收率的影响 17
5.2.2 反应时间对DHT收率的影响 18
5.3 DHT的谱图表征 18
结 论 20
致 谢 21
参考文献22
1 绪论
含能材料作为炸药，推进剂等材料的重要组成部分一直以来都备受人们的关注，随着人类社会的发展，对含能材料的研究也在迅速的发展。黑火药的出现是人类对含能材料应用的最初阶段，其制造方法较为简易，是人类历史上使用时间最长不，范围最广的含能材料。当近代化学开始发展后，科学家们成功地合成了能量更大的硝化甘油、三硝基甲苯(TNT)等更为先进的含能材料，这些含能化合物具有更高的能量，工艺相对复杂，它们的出现将我们带入了含能材料发展的第二阶段。在含能材料发展的第三阶段人们合成了以RDX(黑索金)和奥克托今为代表的含能材料。然而，安全性能较差，对环境有危害一直是前三阶段出现的含能材料的普遍缺点，已经很难满足人类技术发展的需要。如今，随着人类社会的不断进步，各类高科技武器的出现使人们对含能材料有了更高的要求：高能量，高安全系数，简易的合成方法，环境友好等。当今在种类众多的含能化合物材料中，高含氮量的杂环有机化合物具有高能量，性质稳定，燃烧烧产物无污染等优点，它们也成为成为含能材料领域的研究重点。高氮化合物主要的种类有三唑类、四嗪类、四唑类等。高氮化合物的含氮量由结构单元中的氮和骨架中的氮共同决定，其含量远大于结构中其他元素或基团的含量。其中，四嗪环类含能化合物就是典型的高氮杂环含能化合物。
1.1 四嗪类含能材料的研究进展
传统的含能材料往往在能量与安全性方面是矛盾的，高能量的传统含能材料通常是较为敏感和危险的，例如TNT、RDX等传统材料均存在这些方面的不足[1]，这对武器等运用含能材料的领域的发展起到了制约作用。这样的局限性也推动了四嗪类高氮含能化合物的发展，其含氮量远大于其他物质，爆炸的主要能量来源于N-N键之间的张力。
四嗪类化合物是一类典型的高含氮量、具有数值相对较高的 正生成焓、敏感度很低并且广泛应用于炸药，推进剂等领域的含能材料。其基本含义[2]为：以碳和氮为 骨架的高含氮量杂环含能有机物，以五元，吹冰元杂环为主，其燃烧产物主要是氮气，对环境危害较小，物质机构较为稳定，安全系数比传统材料高，能量更高。四嗪环是四嗪类化合物的基本结构单元，其结构式为C2H2N4，该分子中氮碳氢的质量分数分别为为68.3％，29.3％和2.5％。四嗪环的三种异构体[3]分别为1,2,3,4-四嗪、1,2,3,5-四嗪和1,2,4,5-四嗪，其结构如下：
其中1,2,3,4-四嗪是最不稳定的结构，它通常会被氧化为苯并四嗪环氧化物，而1,2,4,5-四嗪(也称均四嗪)相对于其他两种四嗪环是最为稳定的，因此它也成为如今研究最为广泛[4]的四嗪类化合物。
通过查阅文献可知，四嗪环的结构符合Hückel规则，N原子的强吸电子 作用使C原子上电子云的密度大大降低，从而使其具有了芳香性。四嗪环上的碳原子被氮原子所取代，由于碳原子 的电负性比氮原子小，导致四嗪环上的电子云向氮原子集中，结果环中的碳原子将带有正电，所以位于均四嗪环上3,6位容易发生亲核取代反应[5]。这些四嗪类含能化合物中N-N键的张力远大于C-C键，因此，它们具有更高的能量，所以相对于传统的含能材料通常具有更高的正生成焓，此外它们很多都不含有硝基，对摩擦和热的敏 感度也变得较低，热稳定性非常好，其次，四嗪环特殊的分子结构使其很容易达到氧平衡。