本發(fā)明涉及含能材料，尤其涉及吡唑/胍型嵌合體炸藥及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、炸藥是現(xiàn)代武器系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)高效毀傷的核心能源材料，其能量水平、安全性和熱穩(wěn)定性對(duì)武器裝備的整體作戰(zhàn)效能具有直接影響。因此，炸藥的性能是國(guó)防安全建設(shè)的關(guān)鍵。

2、呋咱類化合物作為含能材料領(lǐng)域的研究重點(diǎn)，其分子設(shè)計(jì)對(duì)于實(shí)現(xiàn)高能量和高穩(wěn)定性的平衡至關(guān)重要。通過(guò)合理設(shè)計(jì)含能分子骨架，并選擇適當(dāng)?shù)墓倌軋F(tuán)進(jìn)行排列，可以構(gòu)建出滿足這些要求的分子結(jié)構(gòu)。

3、近年來(lái)，研究人員致力于將高能、低感結(jié)構(gòu)要素集成到新的分子結(jié)構(gòu)中，從非環(huán)到單環(huán)、稠環(huán)、連環(huán)、連多環(huán)、稠合多環(huán)，甚至稠環(huán)連稠環(huán)等，結(jié)構(gòu)越來(lái)越復(fù)雜，合成難度也越來(lái)越高。設(shè)計(jì)和合成高能低感含能分子的簡(jiǎn)單高效方法成為了該領(lǐng)域需要解決的問(wèn)題。

4、盡管已經(jīng)開展了大量的合成研究工作，但許多含能分子因綜合性能無(wú)法滿足應(yīng)用需求而未被充分利用。這些分子可能在某些方面表現(xiàn)出色，但在其他方面存在不足。將炸藥分子作為結(jié)構(gòu)模塊，構(gòu)建具有“雜交型”或“嵌合體”特征的含能分子，可以充分利用這些“無(wú)用”分子的潛力。

5、分子嵌合體在設(shè)計(jì)和合成具有特定性能需求的功能有機(jī)分子方面具有重要價(jià)值，已經(jīng)在生物化學(xué)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。面對(duì)炸藥分子骨架設(shè)計(jì)的復(fù)雜性和合成難度的增加，開發(fā)適合炸藥分子高效合成的新方法變得尤為迫切。新合成方法的出現(xiàn)往往具有偶然性，而方法學(xué)的建立需要大量的實(shí)驗(yàn)積累，周期較長(zhǎng)。

6、因此，充分利用已知的材料和技術(shù)，獲得滿足目標(biāo)性能需求的新分子，是縮短研制周期，降低研制難度的重要途徑。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的就在于為了解決上述問(wèn)題而提供吡唑/胍型嵌合體炸藥及其制備方法，本發(fā)明基于二硝基吡唑和硝基胍的母本分子結(jié)構(gòu)，開發(fā)出兩種性能優(yōu)異的新型嵌合體炸藥分子3,4-二硝基-1h-5-胍基吡唑(1)、3,4-二硝基-1h-5-硝基胍基吡唑(2)并成功合成，該炸藥在先進(jìn)武器裝備上有重要應(yīng)用價(jià)值，這些炸藥分子是基于二硝基吡唑和硝基胍的母本分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的。合成方法的技術(shù)方案概述如下：

2、3,4-二硝基-1h-5-胍基吡唑(1)的合成：

3、采用吡唑氮保護(hù)的5-溴-3,4-二硝基-1氫-吡唑作為起始原料，該步驟也可以不使用保護(hù)基。

4、通過(guò)取代反應(yīng)和脫保護(hù)步驟，或者直接通過(guò)一步取代反應(yīng)，合成目標(biāo)分子3,4-二硝基-1h-5-胍基吡唑(1)。

5、3,4-二硝基-1h-5-硝基胍基吡唑(2)的合成：

6、以上述合成得到的3,4-二硝基-1h-5-胍基吡唑(1)作為起始原料。

7、通過(guò)硝化反應(yīng)，進(jìn)一步合成目標(biāo)分子3,4-二硝基-1h-5-硝基胍基吡唑(2)。

8、該合成方法的設(shè)計(jì)充分利用了現(xiàn)有的化學(xué)合成策略，通過(guò)精確的化學(xué)修飾和反應(yīng)條件控制，實(shí)現(xiàn)了新型炸藥分子的高效合成。

9、本發(fā)明的吡唑/胍型嵌合體炸藥，具有如下的結(jié)構(gòu)式：

10、

11、進(jìn)一步方案為，合成路線如下：

12、

13、本發(fā)明的吡唑/胍型嵌合體炸藥的制備方法，包括以下步驟：

14、步驟1、3,4-二硝基-1h-5-胍基吡唑(1)的合成：

15、將鹽酸胍溶解在過(guò)量dmso中，隨后，向該溶液中加入固體甲醇鈉，并在室溫條件下持續(xù)攪拌1-2小時(shí)后過(guò)濾，得到澄清的溶液；

16、將化合物7加入上述的澄清溶液中，在100℃下反應(yīng)3-6小時(shí)；反應(yīng)結(jié)束后，加入水進(jìn)行淬滅，并使用乙酸乙酯進(jìn)行提取；提取后的有機(jī)層通過(guò)無(wú)水硫酸鈉干燥并過(guò)濾，最后在真空下蒸發(fā)，得到大量黃色固體，將黃色固體溶解在30毫升的鹽酸溶液中，在30℃下攪拌8小時(shí)后，進(jìn)行真空蒸發(fā)；

17、將真空蒸發(fā)剩余物溶解在20毫升水中，并使用飽和醋酸鈉溶液將ph值調(diào)整到5-6，此時(shí)溶液中會(huì)有不溶性固體出現(xiàn)；通過(guò)過(guò)濾、水和甲醇洗滌，最后進(jìn)行干燥，得到目標(biāo)產(chǎn)物3,4-二硝基-1h-5-胍基吡唑(1)；

18、步驟2、3,4-二硝基-1h-5-硝基胍基吡唑(2)的合成：

19、在冰水浴中將濃硫酸和發(fā)煙硝酸混合，接著緩慢地向酸混合物中加入化合物3,4-二硝基-1h-5-胍基吡唑(1)，加入后，在冰水浴中攪拌1-2小時(shí)；

20、將反應(yīng)溶液倒入冰水中進(jìn)行淬滅，通過(guò)過(guò)濾收集淡黃色固體，經(jīng)過(guò)洗滌和干燥，得到產(chǎn)物3,4-二硝基-1h-5-硝基胍基吡唑(2)。

21、進(jìn)一步方案為，所述步驟1中，鹽酸胍與固體甲醇鈉的摩爾比為1：1-1.1。

22、進(jìn)一步方案為，所述步驟1中，化合物7結(jié)構(gòu)式為化合物7與鹽酸胍的摩爾比為0.1-0.2：1。

23、進(jìn)一步方案為，所述步驟1中，鹽酸溶液濃度為1.25m-1.35m。

24、進(jìn)一步方案為，所述步驟2中，濃硫酸和發(fā)煙硝酸體積比為1：0.5-1。

25、本發(fā)明另一方面還提供了上述的的吡唑/胍型嵌合體炸藥作為含能材料的用途。

26、本發(fā)明再一方面還提供了上述的制備方法得到的吡唑/胍型嵌合體炸藥作為含能材料的用途。

27、本發(fā)明的有益效果在于：

28、本發(fā)明成功開發(fā)了兩種新型的吡唑/胍型嵌合體含能分子，3,4-二硝基-1h-5-胍基吡唑(1)和3,4-二硝基-1h-5-硝基胍基吡唑(2)，以及它們的合成方法。這些分子在熱穩(wěn)定性、感度和爆轟性能方面的表征結(jié)果顯示出顯著的應(yīng)用潛力。

29、3,4-二硝基-1h-5-胍基吡唑(1)：

30、熱穩(wěn)定性：該分子的熱分解溫度高達(dá)249℃，超過(guò)了傳統(tǒng)的炸藥rdx，顯示出卓越的熱穩(wěn)定性。

31、感度：撞擊感度為50j，摩擦感度252n，這些值均遠(yuǎn)低于rdx，表明分子(1)安全性更高。

32、爆轟性能：理論計(jì)算的爆速為8742m/s，爆壓31gpa，與rdx相當(dāng)，證明了其作為高能炸藥的潛力。

33、3,4-二硝基-1h-5-硝基胍基吡唑(2)：

34、熱穩(wěn)定性：該分子的熱分解溫度為221℃，同樣高于rdx，表現(xiàn)出良好的熱穩(wěn)定性。

35、感度：撞擊感度為7j，摩擦感度120n，與rdx相媲美，進(jìn)一步證實(shí)了其安全性。

36、爆轟性能：理論計(jì)算的爆速為9008m/s，爆壓35.7gpa，顯著優(yōu)于rdx，突顯了其作為高能炸藥的潛力。

37、這些新型炸藥分子的設(shè)計(jì)和合成不僅提高了熱穩(wěn)定性和安全性，同時(shí)還保持或提升了爆轟性能，使其成為未來(lái)武器系統(tǒng)和含能材料領(lǐng)域應(yīng)用中極具前景的材料。

技術(shù)特征：

1.吡唑/胍型嵌合體炸藥，其特征在于，具有如下的結(jié)構(gòu)式：

2.如權(quán)利要求1所述的吡唑/胍型嵌合體炸藥的制備方法，其特征在于，合成路線如下：

3.如權(quán)利要求1所述的吡唑/胍型嵌合體炸藥的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

4.如權(quán)利要求1所述的吡唑/胍型嵌合體炸藥的制備方法，其特征在于，所述步驟1中，鹽酸胍與固體甲醇鈉的摩爾比為1：1-1.1。

5.如權(quán)利要求1所述的吡唑/胍型嵌合體炸藥的制備方法，其特征在于，所述步驟1中，化合物7結(jié)構(gòu)式為化合物7與鹽酸胍的摩爾比為0.1-0.2：1。

6.如權(quán)利要求1所述的吡唑/胍型嵌合體炸藥的制備方法，其特征在于，所述步驟1中，鹽酸溶液濃度為1.25m-1.35m。

7.如權(quán)利要求1所述的吡唑/胍型嵌合體炸藥的制備方法，其特征在于，所述步驟2中，濃硫酸和發(fā)煙硝酸體積比為1：0.5-1。

8.如權(quán)利要求1所述的吡唑/胍型嵌合體炸藥作為含能材料的用途。

9.如權(quán)利要求2-7所述的制備方法得到的吡唑/胍型嵌合體炸藥作為含能材料的用途。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了吡唑/胍型嵌合體炸藥及其制備方法，以吡唑氮保護(hù)的5?溴?3,4?二硝基?1氫?吡唑?yàn)槠鹗荚?也可無(wú)保護(hù)基)，經(jīng)過(guò)取代、脫保護(hù)兩步反應(yīng)或者取代一步反應(yīng)，生成3,4?二硝基?1H?5?胍基吡唑(1)；以(1)為起始原料再經(jīng)過(guò)硝化反應(yīng)，生成3,4?二硝基?1H?5?硝基胍基吡唑(2)。經(jīng)表征3,4?二硝基?1H?5?胍基吡唑(1)的熱分解溫度高達(dá)249℃，高于炸藥RDX；實(shí)測(cè)撞擊感度50J，摩擦感度252N，遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于RDX；3,4?二硝基?1H?5?硝基胍基吡唑(2)的熱分解溫度高達(dá)221℃，高于炸藥RDX；爆轟性能(計(jì)算爆速9008m/s，爆壓35.7GPa)顯著優(yōu)于RDX。

技術(shù)研發(fā)人員：張文全,黃實(shí),單雨佳
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國(guó)工程物理研究院化工材料研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9