一种耐热化合物2-氟-1,3,5-三氨基-4,6-二硝基苯及其制备方法技术

本发明专利技术的2‑氟‑1,3,5‑三氨基‑4,6‑二硝基苯的结构式为

【技术实现步骤摘要】
一种耐热化合物2-氟-1,3,5-三氨基-4,6-二硝基苯及其制备方法
本专利技术属于化合物制备
，具体涉及一种耐热化合物2-氟-1,3,5-三氨基-4,6-二硝基苯及其制备方法。
技术介绍
精确打击、高效毁伤能力和高生存能力是现代武器追求的目标，要实现这些目标，作为武器能量载体的高能量密度材料(HEDM)必须满足高能量、高密度、低易损性、环境适应性和高热稳定性的要求。近年来，随着宇宙航行事业及石油天然气等地下资源开采的发展，越来越迫切需要一类能耐高压(或低压)、耐高温的炸药，简称耐热炸药。耐热炸药是指经受长时间的高温环境后仍能保持适当的机械感度且可靠起爆的一类炸药，这类炸药除具有普通炸药所拥有的爆轰性能外，通常还需具有较高的熔点和较高的热分解温度(超过250℃)。耐热炸药的研究最早是为了满足军事和宇航等方面的需求(如需要经受高温环境的宇宙飞行器、飞船的各级分离等)，现今，耐热炸药最主要的用途是用于油气井射孔弹的爆破器材中，它被划分为耐热单质炸药和耐热混合炸药。同时，按所耐受温度的不同，将耐热炸药划分为耐高温炸药(热分解温度在250℃以上和300℃以下的含能化合物)和耐超高温度炸药(热分解温度超过300℃以上的含能化合物)。耐热单质炸药可用于装填耐热雷管和耐热导爆索中，更重要的是，它可作为耐热混合炸药的基础组分，如获得广泛应用的是石油技术中的射孔弹装药等；另一方面，着力发展一些新的耐热单质炸药是为了满足宇宙航行的特种需要，因为火箭、导弹及航天飞机在速度上的发展，特别是空间武器的出现，对炸药提出了热安定性的要求。宇宙飞船在飞行过程中由于会受到空气动力学效应以及空间和月球真空环境等的影响，因而宇宙飞行器在进入空间和返回地球前均需加热以消毒灭菌，但常规炸药(如黑索今)长期在高温或低压下不够稳定，甚至在空气动力效应下易于蒸发，不能满足上述要求。因而，近年来，一些国家既注重研究如何提高现已开发的炸药如黑索金、奥克托金等的热安定性，又着力发展一些新的耐超高温的耐热炸药以满足宇宙航行等方面的特种需要。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种以苯环为母体的耐热化合物——2-氟-1,3,5-三氨基-4,6-二硝基苯(ZXC-11)，该耐热炸药热稳定性能非常好。本专利技术的另一目的在于提供上述耐热化合物的制备方法，所用原料安全，所需设备简单，制备方法简单易行，产率较高。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：本专利技术提供一种以苯环为母体的耐热化合物2-氟-1,3,5-三氨基-4,6-二硝基苯，其结构式如式I所示：本专利技术又提供上述耐热化合物2-氟-1,3,5-三氨基-4,6-二硝基苯的制备方法，包括以下步骤：步骤1：在磁力搅拌下，于冰水浴中将式II所示的N-碳酸酯基-3,4,5-三氟苯胺、质量百分数95％的发烟硝酸或硝酸盐与质量百分数95％～98％的浓硫酸混合，搅拌，反应完毕后将反应体系慢慢加入到冰水中，继续搅拌1小时，过滤、洗涤、干燥，得到式III所示的化合物3,4,5-三氟-2,6-二硝基苯胺；式中R为甲基或乙基；步骤2：在磁力搅拌下，将氨水或氨的醇溶液与固体3,4,5-三氟-2,6-二硝基苯胺混合，搅拌，反应完毕后过滤、洗涤、干燥得到式I所示的耐热化合物2-氟-1,3,5-三氨基-4,6-二硝基苯。进一步地，所述步骤1中将式II所示的N-碳酸酯基-3,4,5-三氟苯胺、质量百分数95％的发烟硝酸与质量百分数95％～98％的浓硫酸混合时，每3毫升质量百分数95％的发烟硝酸对应加入10mmol的N-碳酸酯基-3,4,5-三氟苯胺；当步骤1中将式II所示的N-碳酸酯基-3,4,5-三氟苯胺、硝酸盐与质量百分数95％～98％的浓硫酸混合时，每5mmol硝酸盐对应加入2mmol的N-碳酸酯基-3,4,5-三氟苯胺。进一步地，步骤1中所述硝酸盐为硝酸钾、硝酸钠或硝酸铵。步骤2具体包括以下两种方式：一：在磁力搅拌下，将氨水或氨的醇溶液加入到固体3,4,5-三氟-2,6-二硝基苯胺中，搅拌，反应完全后，过滤、水洗、干燥，得式I所示的产物2-氟-1,3,5-三氨基-4,6-二硝基苯，反应温度为0～100℃。二：在磁力搅拌下，将固体3,4,5-三氟-2,6-二硝基苯胺加入到氨水或氨的醇溶液中，搅拌，反应完全后，过滤、水洗、干燥，得式I所示的产物2-氟-1,3,5-三氨基-4,6-二硝基苯，反应温度为0～100℃。进一步地，步骤2中所述氨水或氨的醇溶液中的氨与3,4,5-三氟-2,6-二硝基苯胺的摩尔比大于等于4。进一步地，步骤2中所述氨水或氨的醇溶液中氨气的质量百分数为10％～100％。更进一步地，步骤2中所述氨水中氨气的质量百分数为40％。相比现有性能优越的耐热炸药，本专利技术的有益效果在于：1.本专利技术所得到的目标化合物2-氟-1,3,5-三氨基-4,6-二硝基苯的性能(见表1)优越，可广泛运用于深油井或空间探测等特殊领域；其相比常用耐热炸药，如TATB(1,3,5-三胺基-2,4,6-三硝基甲苯)，具有更好的爆轰性能，不溶于水，对环境友好，潜在的产业化价值更高，对新型耐热炸药的研究具有重大意义。2.本专利技术的目标化合物2-氟-1,3,5-三氨基-4,6-二硝基苯的制备方法中所用原料安全，所需设备简单，制备方法远比TATB简单易行，产率较高、纯度也较高,易纯化、易重结晶；3.本专利技术耐热化合物与TATB相比，更易于工业化生产。具体实施方式以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限定本专利技术的保护范围。若未特别指明，实施例中所用技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。下述实施例中的试验方法，如无特别说明，均为常规方法。薄层色谱(ThinLayerChromatography，TLC)，又称薄层层析，属于固-液吸附色谱。本专利技术利用TLC技术检测反应釜3,4,5-三氟-2,6-二硝基苯胺的剩余量，判断反应是否完成，若剩余量为0，则反应完成。本专利技术实施例中，2-氟-1,3,5-三氨基-4,6-二硝基苯记为ZXC-11；1,3,5-三胺基-2,4,6-三硝基甲苯记为TATB。实施例1一种耐热化合物2-氟-1,3,5-三氨基-4,6-二硝基苯的制备，包括以下步骤：步骤1：3,4,5-三氟-2,6-二硝基苯胺的制备：磁力搅拌下，于冰水浴中在100毫升浓硫酸(质量百分数为98％)中依次加入125mmol硝酸钾和10.95克N-碳酸乙酯基-3,4,5-三氟苯胺(50mmol)，反应完全后，将反应体系慢慢倾入冰水中，继续搅拌1小时至体系恢复至室温，过滤、洗涤、干燥，得淡黄色固体11.02克，收率为93％，所述淡黄色固体即为3,4,5-三氟-2,6-二硝基苯胺。步骤2：2-氟-1,3,5-三氨基-4,6-二硝基苯的制备：准确称取3,4,5-三氟-2,6-二硝基苯胺5.0克，放入到一个100毫升的茄形瓶中，室温磁力搅拌下加入质量百分数40％浓氨水50毫升，加完后，在室温下继续搅拌反应27小时至反应完全(TLC检测)，过滤、水洗、干燥，得亮黄色固体(2-氟-1,3,5-三氨基-4,6-二硝基苯，即ZXC-11)，其收率为90.04％；其核磁氢谱表征为1HNMR(600MHz,DMSO-d6,TMS,ppm),δ＝8.98(s,宽峰,2H),7.34(s,宽峰4H)；1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种耐热化合物2‑氟‑1,3,5‑三氨基‑4,6‑二硝基苯，其特征在于，2‑氟‑1,3,5‑三氨基‑4,6‑二硝基苯的结构式如式I所示：

【技术特征摘要】
1.一种耐热化合物2-氟-1,3,5-三氨基-4,6-二硝基苯，其特征在于，2-氟-1,3,5-三氨基-4,6-二硝基苯的结构式如式I所示：2.权利要求1所述的耐热化合物2-氟-1,3,5-三氨基-4,6-二硝基苯的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：在磁力搅拌下，于冰水浴中将式II所示的N-碳酸酯基-3,4,5-三氟苯胺、质量百分数95％的发烟硝酸或硝酸盐与质量百分数95％～98％的浓硫酸混合，搅拌，反应完毕后将反应体系慢慢加入到冰水中，继续搅拌1小时，过滤、洗涤、干燥，得到式III所示的化合物3,4,5-三氟-2,6-二硝基苯胺；式中R为甲基或乙基；步骤2：在磁力搅拌下，将氨水或氨的醇溶液与固体3,4,5-三氟-2,6-二硝基苯胺混合，搅拌，反应完毕后过滤、洗涤、干燥，得到式I所示的耐热化合物2-氟-1,3,5-三氨基-4,6-二硝基苯。3.根据权利要求2所述的耐热化合物2-氟-1,3,5-三氨基-4,6-二硝基苯的制备方法，其特征在于，所述步骤1中将式II所示的N-碳酸酯基-3,4,5-三氟苯胺、质量百分数95％的发烟硝酸与质量百分数95％～98％的浓硫酸混合时，每3毫升质量百分数95％的发烟硝酸对应加入10mmol的N-碳酸酯基-3,4,5-三氟苯胺；当步骤1中将式II所示的N-碳酸酯基-3,4,5-三氟苯胺、硝酸盐与质量百分数95％～98％的浓硫酸混合时，每5mmol硝酸盐对应加入2mmol的N-碳酸酯基-3,4,5-三氟苯胺。4.根据权利要求2所...

【专利技术属性】
技术研发人员：张行程，胡文祥，姚磊，
申请(专利权)人：信阳师范学院，武汉工程大学，
类型：发明
国别省市：河南,41