高能低感度炸药主要就是氮杂环化合物[2]。氮杂环化合物主要以其环上氮原子的数量分类。TNAZ,TANPyO是一取代氮杂环的代表。呋咱,嘧啶是二取代氮杂环的代表。五元氮杂环三唑与751元氮杂环三嗪为三取代氮杂环的代表。此外,化合物上氮杂环的数量也可作为氮杂环化合物的分类依据。ANTA为典型的单环氮杂环化合物,而TAAT为典型的多环氮杂环化合物。而本文所研究的吡啶并氧化呋咱正是属于高氮杂环含能材料,是一种高能低感材料。
不敏感炸药无论在国内还是国际上,都是研究发展的趋势。这类炸药大部分富有非理想爆轰特性。PBXN-109,KS-233是这类炸药的典型代表。主要用于反敌方舰队的导弹和在水下使用的武器装药。
非CHNO 类高能量密度材料目前处于研究阶段,氮簇类化合物,核同质异能素,金属氢为典型代表。而本文所研究的吡啶并氧化呋咱属于高氮杂环含能材料,是一种高能低感材料。
1.1.2 含能材料的应用
含能材料主要应用于火炸药,推进剂,烟火剂三类。
传统炸药中,含硝基的活性分子生成热接近为零,所释放的能量几乎由燃烧过程产生。而四唑,四嗪,呋咱的高氮含能化合物所释放的能量来自大量的生成热。高氮化合物一个显著的特点就是与传统炸药相比,这些新型炸药在相同条件不易受热,碰撞,磨擦引发爆炸。
最近几年来特别是步入二十一世纪后,将高氮含能化合物应用于推进剂受到了广泛关注。高氮含能材料比一般的传统材料在燃烧时释放更多的氮气,而含氢气和含碳化合物的比例要小得多,因此十分适合用做枪支的推进剂和气体发动机。这些化合物的特征是生成热较高,对热,碰撞,摩擦,电荷不敏感[3]。
由于传统的烟火在燃放时烟雾较多,因此现今烟火剂的研究方向偏向生成烟雾少的高氮低碳含能化合物,而着色剂使用高氮含能化合物的金属盐。在选择高氮化合物作烟火剂时主要需要考虑它的生成热,燃烧速率以及价格。在着色剂方面,高氮化合物的金属盐呢个获得在传统着色方法上没有见过的颜色[4]。
1.2 高氮杂环化合物
1.2.1 高氮杂环化合物的定义
氮杂环化合物是一种有机含能化合物,它以含碳和氮的杂环为骨架。若氮含量相对较高,则称为高氮杂环化合物[5]。高氮杂环化合物有杂环上的氮原子数量为一或二的杂环,本文研究的呋咱就是氮原子数量为二的杂环。还有三到四个氮原子形成的五元杂环和含有三到四个氮原子组成的751元杂环。此外,全氮化合物,高能量密度笼形化合物含有四个以上的氮原子,也属于高氮杂环化合物。
1.2.2 高氮杂环化合物的分类
在分类上高氮杂环化合物大致可分为四嗪环,四唑环和呋咱环三类,他们氮含量高,碳含量低,。连接基团主要有氨基、偶氮基、肼基和双偶氮基等。
四嗪环[6]分子式为C2H2N4,根据休克尔规则计算,明具有芳香性,氮化合物中的含量为68.14%。四嗪环氮原子较多,吸电子能力较强,环的电子云密度也明显降低与苯环相比,四嗪环具有叔胺基,因此具有更高的碱性和芳香性。对于四嗪环物质来说,亲和取代反应较易发生,亲电取代反应较难发生。1,2,3,5-tetrazine、1,2,3,4-tetrazine和1,2,4,5-tetrazine为呋咱环的三类同分异构体。
四唑环分子式为CH2N4 ,氮含量高达80.10%。和苯环相似其具有大π键,因此具有化学惰性,稳定性高,感度低。同样根据休克尔规则,四唑环也具有芳香性。1H-四唑、2H-四唑和5H-四唑为三种同分异构体,实验表明最后一种能量极高,难以稳定存在。
呋咱环是本文研究的基团,分子式为C2H2ON2 ,骨架为一个五元环,环上氮的含量为三种最低,只有40%。但是,由于环内存在活性氧,它可以形成“潜硝基”结构,这是前两种物质所不具备的。呋咱类炸药由于其极高的爆速和密度,是一类新型的高能低感炸药。 吡啶并氧化呋咱的合成以及性能表征(2):http://www.751com.cn/huaxue/lunwen_16195.html