3,5-二硝基吡唑-4-硝酸酯及其合成方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種以4-氯吡唑為原料制備3, 5-二硝基吡唑-4-硝酸酯的方法。
【背景技術】
[0002] TNT基熔鑄炸藥廣泛應用于工業(yè)和軍用等各個領域，對經(jīng)濟建設和國防建設做出 了巨大的貢獻。然而在TNT的生產(chǎn)和應用過程中，不僅對操作人員及環(huán)境存在較大危害，而 且還存在滲油、收縮、空洞、發(fā)脆和膨脹現(xiàn)象，這些對彈藥的感度、易損性和運輸都會產(chǎn)生影 響，使其在鈍感彈藥標準測試中不能滿足要求，在運輸和使用時的安全性較差。因此各國都 致力于發(fā)展高能低感滿足熔鑄要求的單質或混合炸藥，以期能夠代替TNT作為熔鑄炸藥的 載體，而氮雜環(huán)含能化合物基本可以滿足這些要求。
[0003] 氮雜環(huán)含能化合物的分子結構中含有大量的N-N鍵和C-N鍵，具有高的正生成焓， 能產(chǎn)生比較高的能量。吡唑類是氮雜環(huán)含能化合物中一類重要的化合物，由于吡唑結構上 存在Jr-電子體系，能形成類苯結構的大Jr鍵，因而在環(huán)上易于進行親電取代、硝化、碘化、 鹵化等反應，經(jīng)硝化之后便可得到硝基吡唑。硝基吡唑由于具有高能鈍感、低熔點以及可以 與大多數(shù)含能材料相容性好等優(yōu)點，可替代TNT用于熔鑄炸藥，并可廣泛應用于高能鈍感 炸藥及推進劑配方。在含氮基團中，硝酸酯基也是一種性能優(yōu)良的含能基團，其氧平衡要優(yōu) 于硝基的氧平衡，可廣泛應用于各種含能材料。
[0004] 硝基吡唑分子中，硝基數(shù)量越多其性能越好，但現(xiàn)有的三硝基吡唑的合成方法存 在產(chǎn)率低，工藝不成熟的缺點；且現(xiàn)有技術還無法實現(xiàn)以吡唑類物質為原料制備可代替 TNT的含能化合物。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種可代替TNT的含能化合物3, 5-二硝基吡唑-4-硝酸酯。
[0006] 本發(fā)明的另一個目的是提供3, 5-二硝基吡唑-4-硝酸酯的合成方法。
[0007] 3, 5-二硝基吡唑-4-硝酸酯分子式為C3H07N5，化學結構式為：
【主權項】
1. 3, 5-二硝基吡唑-4-硝酸酯分子式為C3HO7N5，其特征在于，化學結構式為：
2. 權利要求1所述的3, 5-二硝基吡唑-4-硝酸酯的合成方法，其特征在于，是以4-氯 吡唑為原料，經(jīng)過硝硫混酸硝化，再經(jīng)過硝酸鹽酯化而得的。
3. 根據(jù)權利要求2所述的3, 5-二硝基吡唑-4-硝酸酯的合成方法，其特征在于，步驟 為： (1) 硝化：將4-氯吡唑溶解到濃硫酸中，再滴加硝硫混酸，油浴升溫至50-150°C，反應 2-15h后冷卻到室溫，將反應液倒入碎冰中，析出白色沉淀，抽濾，烘干后，將濾液用乙醚萃 取，合并抽濾和萃取的產(chǎn)物，然后用甲苯進行重結晶，得到4-氯-3, 5-二硝基吡唑； (2)酯化：將4-氯-3, 5-二硝基吡唑放入蒸餾水中，然后加入溶有硝酸鹽的蒸餾水，在 20-80°C反應l-10h，過濾，將濾液用乙醚萃取，得淺黃色固體，即為3, 5-二硝基吡唑-4-硝 酸酯。
4. 根據(jù)權利要求3所述的3, 5-二硝基吡唑-4-硝酸酯的合成方法，其特征在于，步驟 (1)所述的硝酸硫酸為體積比1:1-1:8的硝酸與硫酸的混合液。
5. 根據(jù)權利要求3所述的3, 5-二硝基吡唑-4-硝酸酯的合成方法，其特征在于，步驟 (1) 中所述的4-氯吡唑為3g，分批加入到25ml98%濃硫酸中，然后滴加50mL的硝硫混酸， 然后升溫反應。
6. 根據(jù)權利要求3所述的3, 5-二硝基吡唑-4-硝酸酯的合成方法，其特征在于，步驟 (2) 所述的4-氯-3, 5-二硝基吡唑與硝酸鹽的摩爾比為1 :1-1 :10。
【專利摘要】本發(fā)明公開了3,5-二硝基吡唑-4-硝酸酯及其合成方法。3,5-二硝基吡唑-4-硝酸酯分子式為C3HO7N5，化學結構式為：。合成步驟為：（1）硝化：將4-氯吡唑溶解到濃硫酸中，加硝硫混酸，油浴升溫反應，將反應液倒入碎冰中，抽濾烘干，乙醚萃取，合并抽濾和萃取的產(chǎn)物，用甲苯進行重結晶，得4-氯-3,5-二硝基吡唑；（2）酯化：將4-氯-3,5-二硝基吡唑放入蒸餾水中，加入溶有硝酸鹽的蒸餾水，反應后過濾乙醚萃取，即為3,5-二硝基吡唑-4-硝酸酯。本發(fā)明產(chǎn)品的氧平衡OB達到0.034，爆熱5006.9 kJ·kg-1，爆速8.44 km·s-1，爆壓32.42GPa，是性能優(yōu)良的含能化合物。
【IPC分類】C07D231-20
【公開號】CN104710364
【申請?zhí)枴緾N201510120962
【發(fā)明人】馮曉琴, 崔建蘭, 曹端林, 李永祥, 王建龍
【申請人】中北大學
【公開日】2015年6月17日
【申請日】2015年3月19日