[发明专利]一类蒎烯环丙烷化合物、其制备方法及用途

说明书

本发明公开了一类蒎烯环丙烷化合物，其具有如下结构：其命名为：2,7,7‑三甲基三环[4.1.1.0^2,4]辛烷；或其命名为：6,6‑二甲基螺[双环[3.1.1]庚烷‑2,1'‑环丙烷]。本发明还公开了所述蒎烯环丙烷化合物的制备方法及用途。

技术领域

本发明属于新型航空航天燃料的技术领域，具体涉及一类蒎烯环丙烷化合物、其制备方法及用于高密度、高热值、高比冲的航空航天液体碳氢燃料的用途。

背景技术

化学推进作为航空航天飞行器最重要的推进方式，是将燃料本身所具有的化学能转化为飞行器的动力源。在燃料箱体积一定的条件下，燃料的密度和体积热值越高，单位体积的燃料充分燃烧后放出的热量越高。因此使用高密度高体积热值燃料，可以减小燃料箱的体积，实现飞行器小型化，增加有效载荷。

蒎烯作为松节油的主要成分，因本身具有桥环结构，密度较大，约为0.86g/cm³。松节油是一种从松柏科植物的松脂中提取出来的液体，年产量可达到33万吨。目前关于蒎烯的研究多为直接加氢反应和二聚反应，通过加氢反应合成的燃料，密度和比冲较低。由二聚反应合成的燃料虽然密度有了较大提高，但质量热值和比冲仍然较低，如α-蒎烯二聚产物的质量热值约为42.0MJ/kg。因此，合成具有高密度、高热值、高比冲的燃料是一项十分艰巨的任务。

为解决上述问题提出本发明。

发明内容

本发明公开一类蒎烯环丙烷化合物用于制备高密度、高热值、高比冲的航空航天液体碳氢燃料的化合物及其制备方法。本发明的技术方案如下：

本发明第一方面公开了蒎烯环丙烷化合物，其具有如下结构：其命名为：2,7,7-三甲基三环[4.1.1.0^2,4]辛烷，英文名称为：2,7,7-trimethyltricyclo[4.1.1.0^2,4]octane；或具有如下结构其命名为：6,6-二甲基螺[双环[3.1.1]庚烷-2,1'-环丙烷]英文名称为：6,6-dimethylspiro[bicyclo[3.1.1]heptane-2,1'-cyclopropane]。

优选地，所述2,7,7-三甲基三环[4.1.1.0^2,4]辛烷的密度高于0.90g/cm³，冰点低于-65℃，质量热值高于43.2MJ/kg，比冲高于330.58s；所述6,6-二甲基螺[双环[3.1.1]庚烷-2,1'-环丙烷]的密度高于0.91g/cm³，冰点低于-65℃，质量热值高于42.5MJ/kg，比冲高于327.4s。

本发明第二方面公开了所述蒎烯环丙烷化合物的两种制备方法：

第一种制备方法包括如下步骤：在溶剂回流状态下，将锌粉、卤代烃和蒎烯反应一段时间后，分离提纯后即可得到所述蒎烯环丙烷化合物。

优选地，所述溶剂为二氯甲烷、正己烷、环己烷、乙醚、1,4-二氧六环、四氢呋喃、乙二醇二甲醚中的一种；所述卤代烃为二碘甲烷、二溴甲烷、氯碘甲烷中的一种；所述蒎烯为α-蒎烯或β-蒎烯，所述蒎烯浓度为0.5-0.9mol/L，蒎烯、与锌粉和卤代烃生成物的摩尔比为1:(1-1.5)；所述反应时间为0.5-3h。

第二种制备方法包括如下步骤：：在低温、氮气气氛下，将二乙基锌、卤代烃和有机酸试剂反应一段时间得到锌类卡宾体；将蒎烯加入到上述的锌类卡宾体中，在一定温度下反应一段时间，分离提纯后即可得到所述的蒎烯环丙烷化合物。

优选地，所述锌类卡宾体为RZnCH₂I，所述RZnCH₂I制备方法具体步骤为：

(1)一定温度下的N₂气氛中，向二乙基锌和溶剂的混合液中加入有机酸和溶剂的混合液，反应一段时间后得到RZnEt；