книги / Высокоэнергетические наполнители твердых ракетных топлив и других высокоэнергетических конденсированных систем. Физико-, термохимические характеристики, получение, применение

C3F2HN5O4 1-Дифторамино-4,5-динитроимидазол

NF2

N

O2N

N

O2N

Молекулярная масса: 209,1 Кислородный баланс: –11,48 % Массовая доля азота: 33,48 % Агрегатное состояние: твёрдое

Плотность: 1908 кг/м3* Температура плавления: 62 °С*

Энтальпия образования: 118,41 кДж/моль (расчетная)*

Энергия образования: 133,30 кДж/моль*

Скорость детонации: 8494 м/с для ρ = 1908 кг/м3* Теплота взрывчатого превращения: 6093 кДж/кг*

Получают взаимодействием аниона 4,5-динитроимида- зола с о-фторсульфонил-N,N-ди-фторгидроксиламином по схеме*:

* N-Difluoro-aminonitroazoles – the Novel Type of Polyfunctional Heterocyclic Compounds / I.L. Dalinger [et al.] // 28th Int. Annual Conf. ICT, 1997. P. 43.

51

Является энергетическим материалом, к недостаткам которого можно отнести низкую термическую стабильность (ниже 100–120 °С), высокую чувствительность к механическим воздействиям.

52

Молекулярная масса: 158,1 Кислородный баланс: –30,36 % Массовая доля азота: 35,42 % Агрегатное состояние: твёрдое

Плотность: 1770 кг/м3 [1] Температура плавления: 278–280 °С Разложение [2]

Энтальпия образования:

20,50 кДж/моль [3]

38,49 кДж/моль [1]

Энергия образования:

32,89 кДж/моль [3]

50,88 кДж/моль [1]

2,4-DNI получают нитрацией 2-нитроимидазола по схе-

ме [4, 5]:

53

NO2

Относится к нечувствительным к удару взрывчатым веществам. Сравнительно низкая стоимость, высокие энергетические характеристики и простота синтеза позволяют использовать его в качестве альтернативы ТНТ в артиллерийских порохах [5].

Список литературы

1.Strauss B., Moy S., Prezelski J. IM Tech Base (6.2) Program DEA-A-76-G-1218 // Meeting-Energetic Materials For Munitions, 1994.

2.Beilsteins Handbuch der organischen chemie, Vierte Auflag, 3 Erganzungswerk. Band 1. – Vol. 23. – Suppl. 5. – Berlin: Von Julins Springer, 1958.

3.Doherty R.M., Simpson R.L. A Comparative Evaluation of Several Insensitive High Explosives // 28th Int. Annual Conf. ICT, 1997.

4.Нитрование имидазолов различными нитрующими агентами / Л.В. Епишина [et al.] // Химия гетероциклических соединений. – 1970. – № 5. – С. 503–507.

5.Agrawal J.P., Hadgson R.D. Organic Chemistry of Explosives. – John Wilеy and Sons, Ltd, 2007. – 384 p.

54

N

NO2

Молекулярная масса: 192,1 Кислородный баланс: –16,66 % Массовая доля азота: 29,15 % Агрегатное состояние: твёрдое

Плотность: 1840 кг/м3 [1, 5] Плотность: 1700 кг/м3 [2] Температура плавления: 101 °С [3]

Энтальпия образования: 36,40 кДж/моль [4]

Энергия образования: 53,72 кДж/моль [4]

Теплота взрыва: [5] (Н2О ж.) 6343 кДж/кг

(Н2О газ) 6024 кДж/кг Удельная энергия: 1358 кДж/кг [5]

Известно несколько многостадийных методов получения TNAZ [6]. Наиболее высокопроизводительный метод основан на 7-стадийном процессе синтеза с общим выходом 57 % по исходному нитрометану по схеме [5, 6]:

55

56

Взаимодействие начинается с реакции нитрометана с формальдегидом, которые при катализе основаниями образуют трис(гидроксиметил)нитрометан. Последний без выделения из водного раствора обрабатывается формальдегидом

итрет-бутиламином с образованием 3-трет-бутил-5-гидро- ксиметил-5-нитро-1,3-оксазина, который обрабатывают 1 эквивалентом соляной кислоты с последующим нагреванием (при кипении), что приводит к расщеплению кольца, отщеплению формальдегида и образованию 2-трет-бутиламиноме- тил-2-нитро-1,3-пропандиол-гидрохлорида. При последующей обработке реакционной смеси DIAD и трифенилфосфином образуется солянокислая соль азетидина. Реакция солянокислой соли со щелочным раствором персульфата натрия

инитрита натрия в присутствии катализатора феррицианида калия приводит к 1-трет-бутил-3,3-динитроазетидину, нитролиз которого раствором нитрата аммония в уксусном ангидриде приводит к получению TNAZ.

TNAZ, являясь менее чувствительным к механическим воздействиям веществом, чем гексоген и октоген, привлекателен в качестве высокоэнергетического наполнителя для создания СРТТ и баллиститных порохов нового поколе-

ния [5].

Список литературы

1.Strauss B., Moy S., Prezelski J. IM Tech Base (6.2) Program, DEA-A-76-G-1218 // Meeting-Energetic Materials for Munitions, 1994.

2.Hanson-Parr D.M., Parr T.P. Thermal properties measurementsvof solid rocet propellant oxidizers and binder materials as function of temperature // J. Energ. Mat. – 1999. – Vol. 17. – Р. 1–48.

3.Scaled-Up Preparation of 1,3,3-Trinitroazetidine (TNAZ) / S. Iyer [et al.] // Joint International Symposium on Compatibility

57

of Plastics and Other Materials with Explosives, Propellants, Pyrotechnics and Processing of Explosives, Propellants and Ingredients, San Diego, California, 1991. – Р. 80–84.

4.Stinecipher M.M. Heat of Formation Determinations of Nitroheterocycles // 49th Calorim. Conf., Santa Fe, New Mexico, 1994.

5.Meyer R., Köhler J., Homburg A. Explosives. – Weinheim: Wiley-VCH Verlag Gmbh, 2002. – P. 550–551.

6.Agrawal J.P., Hadgson R.D. Organic Chemistry of Explosives. – John Wilеy and Sons, Ltd, 2007. – 384 p.

58

C3H4N6O7 2,4,6-Тринитро-2,4,6-триазацикло-

гексанон

K-6, KETO-RDX, P-EXPLOSIVE

O

N

NO2

Молекулярная масса: 236,1 Кислородный баланс: –6,78 % Массовая доля азота: 35,58 % Агрегатное состояние: твёрдое

Плотность: 1932 кг/м3 [1] Температура плавления: 184–185 °С [1]

Энтальпия образования: –41,84 кДж/моль [1]

Энергия образования: –20,79 кДж/моль [1]

К-6 получен реакцией мочевины с формальдегидом и трет-бутиламином с последующим нитролизом образовавшегося 5-третбутил-2-оксо-1,3,5-гексагидротриазина по схе-

ме [1, 2]:

59

Благодаря высокой плотности и благоприятным термохимическим характеристикам рассматривается как альтернативный НМХ и RDX высокоэнергетический наполнитель для СРТТ и баллиститных порохов [1, 2].

Список литературы

1.Nitroureas 1. Synthesis, Scale-up and Characterization of K-6 / A.R. Mitchell [et al.] // Propell., Explos., Pyrotech. – 1994. – Vol. 19. – Р. 232–239.

2.Зиновьев В.М., Куценко Г.В., Ермилов А.С. Современные и перспективные высокоэнергетические компоненты смесевых и баллиститных твёрдых ракетных топлив. – Пермь: Изд-во ПГТУ, 2010. – 161 с.

60