超分子含能化合物的制备及其钝感性能研究

论文摘要

钝感炸药是目前含能材料发展的方向之一。论文首次提出超分子含能化合物来实现弹药钝感的目的。合成了5个未见文献报道的氮杂杯芳烃及其衍生物,制备了15个未见文献报道的超分子含能化合物。论文首次提出采用超分子化学的手段来降低含能化合物的机械感度。合成了对硝基杯[8]芳烃,采用量子化学半经验AM1和密度泛函B3LYP/6-31G*方法,分别对主、客体及其超分子体系进行了结构优化和理论计算,计算结果表明对硝基杯[8]芳烃分别与RDX、HMX通过一系列氢键综合作用形成了超分子体系。采用发射光谱与紫外光谱法对超分子体系中主客体的化学计量比进行了确定,结果表明:对硝基杯[8]芳烃与RDX在DMF溶液中和HMX在氯仿溶液中均能形成化学计量比为1:1的配合物,稳定常数分别为20803和3119.90。采用溶剂扩散技术制备了超分子含能化合物,通过X-射线衍射对其进行了表征。合成了间苯二胺[2]-一氯均三嗪[2]氮杂杯芳烃和未见文献报道的对苯二胺[2]-一氯均三嗪[2]氮杂杯芳烃,通过叠氮化和胺解反应合成了4个未见文献报道的氮杂杯芳烃衍生物,并进行了结构表征。通过量子化学计算探讨了氮杂杯芳烃与含能化合物黑索今、奥克托今之间的相互作用,结果表明黑索今与氮杂杯[4]芳烃及其衍生物之间通过氢键作用可以形成超分子体系;而奥克托今不能与氮杂杯[4]芳烃及其衍生物形成稳定的超分子体系。采用荧光光谱法研究了黑索今、奥克托今与氮杂杯[4]芳烃及其衍生物在溶液中的配合性能,结果表明只有对苯二胺[2]-（6-叠氮基）均三嗪[2]氮杂杯芳烃可以与黑索今形成较为稳定的超分子体系。采用溶剂扩散技术制备了超分子含能化合物,通过X-射线衍射进行了表征。分别以混酸和浓硝酸为硝化剂合成了β-环糊精硝酸酯,通过柱层析得到了5种不同硝化度的产物。以β-环糊精及其5种硝酸酯为主体,含能化合物黑索今、奥克托今为客体,采用共沉淀法制备了12种超分子含能化合物,通过红外光谱、DSC与XRD对其进行了表征,采用Job连续滴定法确定了该类超分子化合物中主客体的化学计量比为1:1。采用卡斯特落锤法考察了15种超分子含能化合物的撞击感度。结果表明对硝基杯[8]芳烃、氮杂杯芳烃、环糊精、环糊精硝酸酯-7和环糊精硝酸酯-9这几种化合物通过与黑索今、奥克托今配合,都能够对黑索今和奥克托今起到显著的降低感度的作用。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 炸药的钝感作用机理和方法
• 1.2 超分子化学的研究与应用
• 1.2.1 杯芳烃的结构特征及性质
• 1.2.2 传统杯芳烃的合成及其衍生化
• 1.2.3 杂原子杯芳烃的合成
• 1.2.4 以杯芳烃为母体的配合物的研究
• 1.2.5 环糊精衍生物及其在超分子化学中的应用
• 1.3 量子化学计算在超分子研究中的应用
• 1.4 本论文的研究意义、内容及创新点
• 1.4.1 本论文的研究意义
• 1.4.2 本论文的研究思路及研究内容
• 1.4.3 本论文的创新点
• 第二章 对硝基杯[8]芳烃的合成及其与含能化合物黑索今、奥克托今的配合性能研究
• 引言
• 2.1 实验部分
• 2.1.1 实验试剂
• 2.1.2 实验仪器
• 2.1.3 实验过程
• 2.2 对硝基杯[8]芳烃与RDX、HMX的配合
• 2.2.1 测定激发光谱与发射光谱配合物溶液的配制
• 2.2.2 测定主客体化学计量比的溶液的配制
• 2.2.3 测定配合物稳定常数的溶液的配制
• 2.2.4 超分子含能化合物的制备
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 对叔丁基杯[8]芳烃的制备及表征
• 2.3.2 去叔丁基杯[8]芳烃得制备与表征
• 2.3.3 对硝基杯[8]芳烃的制备与表征
• 2.3.4 对硝基杯[8]芳烃与RDX、HMX的配合
• 2.3.5 超分子含能化合物的XRD表征
• 2.3.6 理论计算与分析
• 小结
• 第三章 氮杂杯芳烃的合成及其与含能化合物黑索今、奥克托今的配合性能研究
• 引言
• 3.1 实验部分
• 3.1.1 实验试剂
• 3.1.2 实验仪器
• 3.1.3 氮杂杯芳烃及其衍生物的制备
• 3.1.4 氮杂杯芳烃与RDX的配合物激发光谱的测定
• 3.1.5 含能超分子化合物的制备
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 氮杂杯芳烃及其衍生物的合成
• 3.2.2 氮杂杯芳烃及其衍生物的结构表征
• 3.2.3 超分子含能化合物的制备
• 3.2.4 理论计算与分析
• 小结
• 第四章 环糊精硝酸酯的合成及其与含能化合物黑索今、奥克托今的配合性能研究
• 引言
• 4.1 实验仪器与药品
• 4.2 环糊精硝酸酯的制备
• 4.2.1 混酸硝化工艺
• 4.2.2 硝酸硝化工艺
• 4.3 单一硝化度环糊精硝酸酯（β-NCD）的制备
• 4.4 环糊精与黑索今、奥克托今的配合
• 4.4.1 配合物主客体化学计量比的确定（Job’s 法）
• 4.4.2 环糊精硝酸酯-RDX配合物的制备
• 4.4.3 环糊精硝酸酯-HMX配合物的制备
• 4.5 结果与讨论
• 4.5.1 β-环糊精的硝化
• 4.5.2 主客体化学计量比的确定
• 4.5.3 超分子含能化合物的表征
• 小结
• 第五章 钝感效果验证与钝感机理分析
• 引言
• 5.1 含能化合物撞击感度的测定
• 5.2 结果与讨论
• 小结
• 第六章 总结论
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢