[发明专利]一种硝基富勒烯衍生物的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及作为炸药钝感剂和固体火箭推进剂添加剂的硝基富勒烯衍生物及其制备方法。

背景技术

炸药的钝感研究一直受到国内外同行学者广泛关注。石墨具有层状结构，常用作为炸药中的钝感剂，在炸药中加入一定量石墨，可减少外力作用下炸药颗粒间以及炸药与周围介质间的摩擦，导致炸药中应力的均匀分布，使摩擦生成的热集中在石墨层中，减少热点产生的可能性，但石墨对炸药没有能量贡献。因此，寻求一种既能钝感又有一定能量贡献的含能钝感剂，具有一定的科学意义与应用价值。

C₆₀独特结构和物化性质使其及衍生物具有广阔应用前景。C₆₀是由60个碳原子通过大π键体系构成的对称足球状分子，如果能给C₆₀分子中引入多个硝基，将得到一种全新的笼形含能添加剂，在炸药、推进剂及火工品等含能材料中也将获得应用。

关于富勒烯硝基化合物的合成，曾报道过几种方法。中科院理化所得王乃兴等人将C₆₀与硝酸汞类硝化剂和卤素类催化剂在70～150℃下反应得到富勒烯硝基化合物(专利号：CN 1884054A)；台湾的L.Y.Chiang等人将C₆₀与浓硫酸和硝酸钾在95℃下反应得到富勒烯硝基化合物；意大利的F.Cataldo也尝试过用四氧化二氮或发烟硝酸对C60进行硝化；这些方法都是直接对C60进行硝化，反应条件比较苛刻，得到的富勒烯硝基化合物稳定性都不是很好。

发明内容

本发明的目的在于采用间接的方法，以氮未取代富勒烯吡咯烷衍生物、硝基卤苯为原料在相转移催化剂和弱碱的条件下固相加热合成一种硝基富勒烯衍生物，对其热稳定性进行了初步探索，获得一种既能钝感又有一定能量贡献的含能钝感添加剂。

本发明的另一目的在于提供该硝基富勒烯衍生物的制备方法。

本发明所述硝基富勒烯衍生物是2-(3-硝基苯基)吡咯烷[3’，4’：1，2][60]富勒烯、2，4-二硝基氟苯、TBAB和K₂CO₃的反应产物。其方程式如下：

本发明的制备方法如下：

1)将21.0毫克2-(3-硝基苯基)吡咯烷[3’，4’：1，2][60]富勒烯、37.2毫克2，4-二硝基氟苯、32.6毫克TBAB及28.0毫克K₂CO₃混合于25毫升圆底烧瓶中，超声波超声10分钟混合均匀，置于150℃恒温油浴锅中反应12小时。

2)等上述物品冷却后用少量CS₂溶解残余物，然后用硅胶柱分离用体积比为1∶2的正己烷/甲苯混合液作为洗脱剂洗下棕色带产物。

3)将所得棕色带产物溶液旋干，用少量石油醚及丙酮进行除杂处理，60℃真空干燥10小时，最后得黑褐色固体产物15.5毫克(产率为22.1％)。

本发明既能钝感又有一定能量贡献，可在炸药、推进剂及火工品等含能材料中获得应用。

附图说明

下面结合附图对本发明一种作为炸药钝感剂的硝基富勒烯衍生物及其制备方法进行详细的说明。

图1为本发明的FT-IR谱图；

图2为本发明的UV-Vis图；

图3为本发明的¹HNMR谱图；

图4为本发明的MS谱图；

图5为本发明的DTA曲线；

具体实施方式

将21.0毫克2-(3-硝基苯基)吡咯烷[3’，4’：1，2][60]富勒烯、37.2毫克2，4-二硝基氟苯、32.6毫克TBAB及28.0毫克K₂CO₃混合于25毫升圆底烧瓶中，超声波超声10分钟混合均匀，置于150℃恒温油浴锅中反应12小时，冷却后用少量CS₂溶解残余物，然后用硅胶柱分离用体积比为1∶2的正己烷/甲苯混合液作为洗脱剂洗下棕色带产物。

将所得棕色带产物溶液旋干，用少量石油醚及丙酮进行除杂处理，60℃真空干燥10小时，最后得黑褐色固体产物15.5毫克(产率为22.1％)。

采用FT-IR、MS、¹H NMR以及UV-vis等光谱手段对该产物进行了结构表征。