本發(fā)明涉及含能材料，尤其涉及吡唑/胍型嵌合體炸藥及其制備方法。

背景技術：

1、炸藥是現(xiàn)代武器系統(tǒng)中實現(xiàn)高效毀傷的核心能源材料，其能量水平、安全性和熱穩(wěn)定性對武器裝備的整體作戰(zhàn)效能具有直接影響。因此，炸藥的性能是國防安全建設的關鍵。

2、呋咱類化合物作為含能材料領域的研究重點，其分子設計對于實現(xiàn)高能量和高穩(wěn)定性的平衡至關重要。通過合理設計含能分子骨架，并選擇適當的官能團進行排列，可以構建出滿足這些要求的分子結構。

3、近年來，研究人員致力于將高能、低感結構要素集成到新的分子結構中，從非環(huán)到單環(huán)、稠環(huán)、連環(huán)、連多環(huán)、稠合多環(huán)，甚至稠環(huán)連稠環(huán)等，結構越來越復雜，合成難度也越來越高。設計和合成高能低感含能分子的簡單高效方法成為了該領域需要解決的問題。

4、盡管已經開展了大量的合成研究工作，但許多含能分子因綜合性能無法滿足應用需求而未被充分利用。這些分子可能在某些方面表現(xiàn)出色，但在其他方面存在不足。將炸藥分子作為結構模塊，構建具有“雜交型”或“嵌合體”特征的含能分子，可以充分利用這些“無用”分子的潛力。

5、分子嵌合體在設計和合成具有特定性能需求的功能有機分子方面具有重要價值，已經在生物化學領域得到廣泛應用。面對炸藥分子骨架設計的復雜性和合成難度的增加，開發(fā)適合炸藥分子高效合成的新方法變得尤為迫切。新合成方法的出現(xiàn)往往具有偶然性，而方法學的建立需要大量的實驗積累，周期較長。

6、因此，充分利用已知的材料和技術，獲得滿足目標性能需求的新分子，是縮短研制周期，降低研制難度的重要途徑。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的就在于為了解決上述問題而提供吡唑/胍型嵌合體炸藥及其制備方法，本發(fā)明基于二硝基吡唑和硝基胍的母本分子結構，開發(fā)出兩種性能優(yōu)異的新型嵌合體炸藥分子3,4-二硝基-1h-5-胍基吡唑(1)、3,4-二硝基-1h-5-硝基胍基吡唑(2)并成功合成，該炸藥在先進武器裝備上有重要應用價值，這些炸藥分子是基于二硝基吡唑和硝基胍的母本分子結構設計的。合成方法的技術方案概述如下：

2、3,4-二硝基-1h-5-胍基吡唑(1)的合成：

3、采用吡唑氮保護的5-溴-3,4-二硝基-1氫-吡唑作為起始原料，該步驟也可以不使用保護基。

4、通過取代反應和脫保護步驟，或者直接通過一步取代反應，合成目標分子3,4-二硝基-1h-5-胍基吡唑(1)。

5、3,4-二硝基-1h-5-硝基胍基吡唑(2)的合成：

6、以上述合成得到的3,4-二硝基-1h-5-胍基吡唑(1)作為起始原料。

7、通過硝化反應，進一步合成目標分子3,4-二硝基-1h-5-硝基胍基吡唑(2)。

8、該合成方法的設計充分利用了現(xiàn)有的化學合成策略，通過精確的化學修飾和反應條件控制，實現(xiàn)了新型炸藥分子的高效合成。

9、本發(fā)明的吡唑/胍型嵌合體炸藥，具有如下的結構式：

10、

11、進一步方案為，合成路線如下：

12、

13、本發(fā)明的吡唑/胍型嵌合體炸藥的制備方法，包括以下步驟：

14、步驟1、3,4-二硝基-1h-5-胍基吡唑(1)的合成：

15、將鹽酸胍溶解在過量dmso中，隨后，向該溶液中加入固體甲醇鈉，并在室溫條件下持續(xù)攪拌1-2小時后過濾，得到澄清的溶液；

16、將化合物7加入上述的澄清溶液中，在100℃下反應3-6小時；反應結束后，加入水進行淬滅，并使用乙酸乙酯進行提?。惶崛『蟮挠袡C層通過無水硫酸鈉干燥并過濾，最后在真空下蒸發(fā)，得到大量黃色固體，將黃色固體溶解在30毫升的鹽酸溶液中，在30℃下攪拌8小時后，進行真空蒸發(fā)；

17、將真空蒸發(fā)剩余物溶解在20毫升水中，并使用飽和醋酸鈉溶液將ph值調整到5-6，此時溶液中會有不溶性固體出現(xiàn)；通過過濾、水和甲醇洗滌，最后進行干燥，得到目標產物3,4-二硝基-1h-5-胍基吡唑(1)；

18、步驟2、3,4-二硝基-1h-5-硝基胍基吡唑(2)的合成：

19、在冰水浴中將濃硫酸和發(fā)煙硝酸混合，接著緩慢地向酸混合物中加入化合物3,4-二硝基-1h-5-胍基吡唑(1)，加入后，在冰水浴中攪拌1-2小時；

20、將反應溶液倒入冰水中進行淬滅，通過過濾收集淡黃色固體，經過洗滌和干燥，得到產物3,4-二硝基-1h-5-硝基胍基吡唑(2)。

21、進一步方案為，所述步驟1中，鹽酸胍與固體甲醇鈉的摩爾比為1：1-1.1。

22、進一步方案為，所述步驟1中，化合物7結構式為化合物7與鹽酸胍的摩爾比為0.1-0.2：1。

23、進一步方案為，所述步驟1中，鹽酸溶液濃度為1.25m-1.35m。

24、進一步方案為，所述步驟2中，濃硫酸和發(fā)煙硝酸體積比為1：0.5-1。

25、本發(fā)明另一方面還提供了上述的的吡唑/胍型嵌合體炸藥作為含能材料的用途。

26、本發(fā)明再一方面還提供了上述的制備方法得到的吡唑/胍型嵌合體炸藥作為含能材料的用途。

27、本發(fā)明的有益效果在于：

28、本發(fā)明成功開發(fā)了兩種新型的吡唑/胍型嵌合體含能分子，3,4-二硝基-1h-5-胍基吡唑(1)和3,4-二硝基-1h-5-硝基胍基吡唑(2)，以及它們的合成方法。這些分子在熱穩(wěn)定性、感度和爆轟性能方面的表征結果顯示出顯著的應用潛力。

29、3,4-二硝基-1h-5-胍基吡唑(1)：

30、熱穩(wěn)定性：該分子的熱分解溫度高達249℃，超過了傳統(tǒng)的炸藥rdx，顯示出卓越的熱穩(wěn)定性。

31、感度：撞擊感度為50j，摩擦感度252n，這些值均遠低于rdx，表明分子(1)安全性更高。

32、爆轟性能：理論計算的爆速為8742m/s，爆壓31gpa，與rdx相當，證明了其作為高能炸藥的潛力。

33、3,4-二硝基-1h-5-硝基胍基吡唑(2)：

34、熱穩(wěn)定性：該分子的熱分解溫度為221℃，同樣高于rdx，表現(xiàn)出良好的熱穩(wěn)定性。

35、感度：撞擊感度為7j，摩擦感度120n，與rdx相媲美，進一步證實了其安全性。

36、爆轟性能：理論計算的爆速為9008m/s，爆壓35.7gpa，顯著優(yōu)于rdx，突顯了其作為高能炸藥的潛力。

37、這些新型炸藥分子的設計和合成不僅提高了熱穩(wěn)定性和安全性，同時還保持或提升了爆轟性能，使其成為未來武器系統(tǒng)和含能材料領域應用中極具前景的材料。

技術特征：

1.吡唑/胍型嵌合體炸藥，其特征在于，具有如下的結構式：

2.如權利要求1所述的吡唑/胍型嵌合體炸藥的制備方法，其特征在于，合成路線如下：

3.如權利要求1所述的吡唑/胍型嵌合體炸藥的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

4.如權利要求1所述的吡唑/胍型嵌合體炸藥的制備方法，其特征在于，所述步驟1中，鹽酸胍與固體甲醇鈉的摩爾比為1：1-1.1。

5.如權利要求1所述的吡唑/胍型嵌合體炸藥的制備方法，其特征在于，所述步驟1中，化合物7結構式為化合物7與鹽酸胍的摩爾比為0.1-0.2：1。

6.如權利要求1所述的吡唑/胍型嵌合體炸藥的制備方法，其特征在于，所述步驟1中，鹽酸溶液濃度為1.25m-1.35m。

7.如權利要求1所述的吡唑/胍型嵌合體炸藥的制備方法，其特征在于，所述步驟2中，濃硫酸和發(fā)煙硝酸體積比為1：0.5-1。

8.如權利要求1所述的吡唑/胍型嵌合體炸藥作為含能材料的用途。

9.如權利要求2-7所述的制備方法得到的吡唑/胍型嵌合體炸藥作為含能材料的用途。

技術總結
本發(fā)明公開了吡唑/胍型嵌合體炸藥及其制備方法，以吡唑氮保護的5?溴?3,4?二硝基?1氫?吡唑為起始原料(也可無保護基)，經過取代、脫保護兩步反應或者取代一步反應，生成3,4?二硝基?1H?5?胍基吡唑(1)；以(1)為起始原料再經過硝化反應，生成3,4?二硝基?1H?5?硝基胍基吡唑(2)。經表征3,4?二硝基?1H?5?胍基吡唑(1)的熱分解溫度高達249℃，高于炸藥RDX；實測撞擊感度50J，摩擦感度252N，遠遠好于RDX；3,4?二硝基?1H?5?硝基胍基吡唑(2)的熱分解溫度高達221℃，高于炸藥RDX；爆轟性能(計算爆速9008m/s，爆壓35.7GPa)顯著優(yōu)于RDX。

技術研發(fā)人員：張文全,黃實,單雨佳
受保護的技術使用者：中國工程物理研究院化工材料研究所
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/1/9