二硝基甘胍的合成研究+文献综述(5)
1.3 二硝基甘胍
二硝基甘胍分子式C4H6N8O4，分子量230，是一种高能、低成本的低易损单质炸药，是一种具有较高稳定性的炸药；
二硝基甘胍结构式如下：
其结构式有两个并联的咪唑烷环，五元环上由两个N和三个C原子组成，其联接顺序编号：1N，2C，3N，4C，5C；二硝基甘胍的结构依赖于一个规则的C4-C4i键中轴联接左右两个五元环，两个圆环关于中心轴呈对称结构，形成一个扁平的信封构象。其X射线结构显示其结构特征为N-H键和硝基组组成，且存在3个亚氨基和硝基间N-H …O氢键，在键长分析C2上双键是非定域化的。每个五元环C2上是一个CN双键与硝基相连形成硝基胍。
其二硝基甘胍密度（假设所有的N-H质子氢键）约1.84mg m-3，其能量比TNT高，接近RDX；钝感度稍低于硝基胍，但比RDX等要高很多；爆炸性能非常好，是理想的高能钝感炸药。是氮杂环类含能化合物研究过程中发现的新型优良炸药和过度产品，并将在医药、化工等方面将得到广泛应用。
1.4 本课题研究的目的和意义
二硝基甘胍具有很高的能量密度、稳定性及钝感度，表现出优异的爆炸性能，使其在新型炸药领域展现出巨大的应用价值。同时也可以作为原料，对氮杂环类化合物更进一步的研究有极大帮助。在医药、化工等方面也将得到广泛应用。他的发展对我国的炸药更新及今后的发展有很大地促进作用。本课题目的是提出一条简单、高效的合成路线，并通过优化，使二硝基甘胍的合成成熟化。这样，使二硝基甘胍能够尽快得投入到各个行业的应用中去。
1.5 本课题研究的内容
本课题研究内容是通过实验室探究，以硝基胍为原料，设计二硝基甘胍的最佳合成方法，制定合成路线，并付诸实施，达到简捷、重复性好、收率高的要求。
具体内容包括：
(1) 从原料到目标化合物，提出合成路线，探讨其可行性，选出最佳合成路线，并针对路线进行实验室合成验证；
(2) 对最佳合成路线进行工艺条件优化，并通过对比试验优选出最佳工艺参数；
(3) 用IR、HNMR、MS等表征手段对产物进行表征，
(4) 对合成路线进行评价，
2. 合成路线设计
(1) 并联咪唑烷骨架的形成
图2.1 二硝基甘胍骨架形成
从二硝基甘胍结构分析，其主要结构是两个饱和咪唑环通过C-C键并联的对称结构，很成熟的方法是通过乙二醛与胍类化合物亲核加成、缩合反应构建，如图2.1所示。
反应式主要有两个过程：醛基与氨基的亲核加成成环，氮杂环上两个羟基被氨基脱水缩合得到两个并联氮杂环结构。
作为亲核试剂的胍类可以是硝基胍、胍。两种原料亲核性比较，胍大于硝基胍。从表面上看胍似乎比硝基胍更好地作为原料反应。但是，在与乙二醛的反应中，存在大量的水，而胍在稳定性不高，在水环境中易生成杂质，不利于反应的进行。同时，硝基胍稳定性较好，但强吸电基硝基的存在，是的硝基胍亲核性降低，很难发生脱水缩合羟基生成并联氮杂环结构的反应。所以，单独以硝基胍或者胍反应，都难以达到合成目的。这就需要我们结合两者优点，找到新的可行性方案。
我们发现，硝基胍在水环境中反应也是稳定的，生成的杂质较少。所以在醛基被亲核加成的过程中，可以选择硝基胍作为原料，在碱性环境下反应。在由二羟基咪唑烷合成并联咪唑烷过程中，羟基在酸性环境中脱水，有利于反应进行。选择强酸性环境作为反应条件，这样溶剂对胍的影响减小，使胍可以作为第二个过程的原料。胍的选择可以是硝酸胍或者盐酸胍，但因为需要提供强酸性环境，浓硝酸在较高温度就表现出不稳定性，所以盐酸胍是合适的选择。所以二硝基甘胍并联环骨架的形成可以通过图2.2反应式。
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