一种偕二硝基酯类含能化合物及其合成方法

本发明涉及一种偕二硝基酯类含能化合物的合成方法，属于含能材料。

背景技术：

1、固体推进剂和高聚物黏结炸药是现代武器弹药的重要组成部分之一，其能量的提高关乎武器弹药“远程发射”和“高效毁伤”能力的提升。随着战略导弹和航天技术的发展，对固体推进剂和高聚物黏结炸药的性能提出了更高的要求，一方面要保证高能量，另一方面要有良好的力学性能。粘合剂体系作为固体推进剂和高聚物黏结炸药的重要组成，其放热量的提高有利于整体能量的提高，研究发现，将粘合剂体系逐步含能化，是一条可行的路线。而在含能粘合剂体系中，含能增塑剂作为重要组成部分之一，其对含能聚合物起着增塑及稳定作用，影响着配方的能量、安全性、力学性能及加工工艺。

2、由于偕二硝基的能量较高、稳定性持久、增塑性能优异，而酯基也是良好的柔性集团，所以开发综合性能优异的偕二硝基酯类化合物已成为含能材料研究领域的热点方向之一。现有合成偕二硝基酯类含能化合物的方法主要是fisher-speier酯化法如经典的甲苯回流。但是对于位阻较大的羧酸，fisher-speier酯化法的合成困难，因此，亟需开发新的偕二硝基酯类含能化合物的合成方法。

技术实现思路

1、本发明克服了现有技术的不足，提供了一种潜在含能增塑剂或熔铸炸药载体的偕二硝基酯类含能化合物的制备方法，采用一步法合成，可以安全、高效、温和地制备偕二硝基酯类化合物。

2、实现本发明目的的技术解决方案：

3、第一方面，本发明提供了一种偕二硝基酯类化合物，其具有如下结构：

4、

5、其中，

6、

7、第二方面，本发明提供了第一方面所述的偕二硝基酯类化合物的制备方法，包含如下步骤：

8、步骤一：在室温下，向二氯甲烷(dcm)中依次加入羧酸、2,2-二硝基-1-丙醇(dnpoh)和4-二甲氨基吡啶(dmap)，控制反应体系温度，搅拌条件下，加入n,n'-二环己基碳酰亚胺(dcc)，搅拌一定时间后升到室温，反应一段时间，

9、

10、步骤二：反应完毕后，于-20℃下静置3～7h，趁冷过滤，滤液依次用稀盐酸、碳酸氢钠溶液、饱和食盐水洗涤，无水硫酸镁干燥，减压除去溶剂得到粗产物；

11、步骤三：将粗产物溶于乙酸乙酯中，于-20℃下静置3～10h，趁冷过滤，滤液减压蒸馏得到粗产物，再重复该步骤两次，即可得到产物。

12、较佳的，步骤一中，dnpoh与羧酸的摩尔比为1:1～1.2；dnpoh与dmap的摩尔比为1:0.1～0.2；dnpoh与dcc的摩尔比为1:1.0～2.0。

13、较佳的，步骤一中，室温是指20～30℃；反应体系温度小于10℃。

14、较佳的，步骤一中，加入dcc，搅拌10～30min后升到室温反应3～15h。

15、较佳的，步骤二中，稀盐酸的浓度为1m，每次用量为二氯甲烷体积的1/3～1/2，洗涤次数3～5次；碳酸氢钠水溶液的浓度为10％～30wt％，每次用量为二氯甲烷体积的1/3～1/2，洗涤次数3～5次；饱和食盐水每次用量为二氯甲烷体积的1/2～2/3，洗涤次数3～5次。

16、较佳的，步骤三中，乙酸乙酯的体积与粗产物的质量比为10～30ml:1g。

17、第三方面，本发明还提供了一种第一方面所述的偕二硝基酯类化合物作为含能增塑剂或熔铸炸药载体的用途。

18、本发明与现有技术相比，其有益效果是：

19、(1)本发明的偕二硝基酯类化合物的dcc制备方法仅一步，步骤简单，反应条件温和，不需要高温回流，且避免了使用强腐蚀性的浓硫酸。

20、(2)本发明的偕二硝基酯类化合物的dcc制备方法适用性强，可用于空间位阻较大的羧酸和2,2-二硝基-1-丙醇酯化，弥补了fisher-speier酯化方法的缺陷。

21、(3)本发明的后处理方法相对简单，不需要柱色谱分离，产物纯度高，产率高。

22、(4)本发明的偕二硝基酯类化合物可以有效地降低粘结剂gap的粘度，增加其固含量。

技术特征：

1.一种偕二硝基酯类化合物，其特征在于，其具有如下结构：

2.一种如权利要求1所述的偕二硝基酯类化合物的制备方法，其特征在于，包含如下步骤：

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤一中，2,2-二硝基-1-丙醇与羧酸的摩尔比为1:1～1.2；2,2-二硝基-1-丙醇与4-二甲氨基吡啶的摩尔比为1:0.1～0.2；2,2-二硝基-1-丙醇与n,n'-二环己基碳酰亚胺的摩尔比为1:1.0～2.0。

4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤一中，室温是指20～30℃；反应体系温度小于10℃。

5.如权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤一中，加入n,n'-二环己基碳酰亚胺，搅拌10～30min后升到室温反应3～15h。

6.如权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤二中，稀盐酸的浓度为1m，每次用量为二氯甲烷体积的1/3～1/2，洗涤次数3～5次；碳酸氢钠水溶液的浓度为10％～30wt％，每次用量为二氯甲烷体积的1/3～1/2，洗涤次数3～5次；饱和食盐水每次用量为二氯甲烷体积的1/2～2/3，洗涤次数3～5次。

7.如权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤三中，乙酸乙酯的体积与粗产物的质量比为10～30ml:1g。

8.一种如权利要求1所述的偕二硝基酯类化合物作为含能增塑剂或熔铸炸药载体的用途。

技术总结
本发明公开了一种偕二硝基酯类含能化合物及其合成方法。以2,2‑二硝基‑1‑丙醇（DNPOH）和羧酸为原料、N,N'‑二环己基碳酰亚胺（DCC）作缩合剂和脱水剂、4‑二甲氨基吡啶（DMAP）作催化剂促进酯化反应得到偕二硝基酯类化合物。后处理方法相对简单，不需要柱色谱分离，产物纯度高，产率高。该化合物可以作为含能增塑剂或熔铸炸药载体，该方法为一锅法，具有合成简单、反应条件温和、工艺安全、反应平稳、产率高等优点。

技术研发人员：许元刚,谷浩霖,陆明
受保护的技术使用者：南京理工大学
技术研发日：
技术公布日：2025/2/27