氧化呋咱双磺酰腙及氨基三唑化合物的合成与研究(3)
其中含能材料中氧元素的含量是决定燃烧或爆轰的反应所能进行的程度，是影响反应的重要因素，氧的含量会影响到反应热效应和后续的反应。因此设定了一个参数—氧平衡度，它是衡量反应完全时单位质量火炸药中所剩余或不足的氧量[5]。高的氧平衡有利于含能材料中的可燃元素完全氧化，放出大量的热，并且避免产生一些有腐蚀性或有害的物质。
由于分子中N、O的含量的提高可以使化合物的密度和能量都提高，所以要设计合成出N、O含量高的化合物。其中一种就是呋咱环[6]。它是一个五元环。环上有2个N、1、2个C和1个O。其中N含量为40 %，O含量为22.8 %，可以看出它是一个很好的能够合成出HEDC的结构单元[7]。现阶段人们合成出呋咱类化合物的标准生成焓高、能量高、密度高、分子热力学稳定性较好呋咱环特别之处在于它的结构中含有活性氧。因此虽然呋咱环上氮的含量比四嗪和四唑环低，但是呋咱类高氮化合物密度和氧平衡高。它可以克服传统材料能量低的弱点[8]。国内外许多科研人员也研究了许多四唑化合物[9-11]，发现了一些它的一些优异的性能。每种化合物都有自身的优缺点，关键看如何权衡。而呋咱类化合物的缺点是热稳定性比较低，所以合成这类化合物时要注意解决其性能与稳定性的矛盾性，许多国内外科研人员希望能发掘还未利用的呋咱化合物的潜能合成出高能量高密度材料。
设计新型的呋咱类含能化合物要考虑以下几点：(1)要考虑化合物的元素是否达到或接近零氧平衡，因为当氧平衡为零时，说明元素完全燃烧，可以提高元素的利用率而且可以避免产生不完全燃烧的有害物质。(2)要考虑它的几何构型，要尽可能采用能量高的化合物结构。这就要提高环的张力。(3)要提高化合物的稳定性：主要是提高化合物的密度，采用具有对称性的环状结构、共轭结构以及笼状结构可以提高化合物的稳定性，因为此类结构可以使电子云密度趋于平均。所以在设计合成新的呋咱类化合物时要提高稳定性和能量，可以使用一些偶氮基或氧化偶氮基来连接合成出具有对称性的环状大呋咱、二呋咱等化合物。呋咱环除了可以以-N=N-等基团为桥梁形成二呋咱化合物外，还可以与环状化合物稠合形成稠环呋咱化合物。此类化合物不仅拥有高的热稳定性，还因为N的含量高从而使其拥有高能量。许多科研人员相继对此类化合物进行了研究，并取得了一系列的研究成果，证明了此类化合物的优异性。如Stephen[12]等就合成出了CL-18，Gunssekaran[13]等报道了MNOTO的合成以及Mehilal[14]等对TADNB的合成进行了一系列的探讨。
1.4 呋咱化合物的合成研究
1.4.1 以DAF为原料的合成研究
利用3,4-二氨基呋咱(DAF)的特殊性质可以合成许多化合物。这是因为它的两个取代氨基具有很强活性，可以在两个取代氨基进行氧化、硝基、叠氮化等一系列的化学反应。通过这一系列的化学反应可以在两个氨基上连上各种高能基团。常见的有偶氮基和硝基等。通过在氨基上连上这些偶氮基不仅可以提高化合物标准生成焓而且连上的这些偶氮基团和氧化偶氮基团[15-16]它们起着桥的作用，可以连接多个呋咱环，形成一个具有对称性结构的化合物，分子中会形成大的共轭体系，使其芳香性增大，这样就可以降低感度从而提高稳定性。通过这些方法合成出的呋咱化合物由于分子结构中氮的含量高，所以合成出的化合物的密度、爆破速、爆压都有相应地有所提高。
DAF化合物的密度和爆速分别为1.62 g /c m、9.2 k m/s，由于其分子结构中含有两个具有活性的取代氨基，所以特别不稳定，但是如果把硝基呋咱环中氨基上的活泼氢中进行取代引入氧化偶氮基，就可以得到能量高、稳定性能好的3 , 3’-二硝基氧化偶氮呋咱。根据Kamlet 方程计算爆速9390 m•s-1，爆压40.5 GPa。通过此方法可显著提高其密度及爆速。2002年，史彦山[17]等以DAF为原料经由95 %的H2SO4、30 %的H2O2和(NH4 )2S2O8氧化得到DAOAF。林智辉[6]等在前人的基础上DAF上分别引入硝基、硝胺基和叠氮基，接着在 3-氨基-4-叠氮基分子上分别引入了硝基和氧化偶氮基，合成了以下几种符合要求的能量高稳定性好的呋咱类化合物。
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