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氧化呋咱高能钝感炸药的研究现状
法。一种是合成新的化合物，即寻找高能钝感单体炸药，如1887年合成出来的三氨基三硝基苯(TATB)，就是当前使用的最著名的钝感高能单体炸药。另一途径则是通过添加钝感剂、寻找新的炸药配方来降低炸药的感度，例如寻找好的PBX(高聚物粘结炸药)配方。总之，目前研制钝感高能炸药(Insensitive High Explosive，IHE)，已成为提高武器威力和安全性的重要途径，无论是寻找钝感高能单体炸药或者是寻求钝感高能混合炸药均已成为研究和关注的热点。
TATB虽合成出来很早，但开始并未引起足够重视，随着近代武器(如导弹、核武器等)的发展和航天、深井探矿等领域的特殊需要，特别是到了20世纪中后期，人们对炸药的使用提出了更高的要求，不仅要高能而且需要安全，这时TATB的重要性才日益显示出来。例如当前它已成为美国国防部唯一认可的可单独用于核武器的炸药。但TATB也有其不足的地方，即能量尚不很高、价格昂贵并在常温下存在晶体的不可逆长大现象，从而影响了它的应用范围。而使用钝感剂等添加材料使炸药钝感都有一个致命的弱点，即损耗了原有炸药的能量，同时在力学性能上也可能造成损失，因此如能使用钝感高能单体炸药则是最理想的。为此，在过去的几十年里，人们一直都在努力寻求新的单体钝感高能炸药，直至现在，寻求单体钝感炸药也还是很热门的课题。然而，寻找和制备的单体钝感高能炸药有的成本较高、有的则能量低于TATB而无实用价值，因此能够被作为重点关注的物质少之又少，现已合成出并被认可符合钝感炸药特征的有:氨基硝基三哇(ANTA)及其氧化物(NTO)、2，6-二胺-3，5-二硝基吡嗪-1-氧化物(LLM一105)、二胺基二硝基乙烯(DADNE)、六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)和笼状有机化合物等，它们可作为候选的高能钝感化合物。
由于含能材料的特殊性，其实验研究不仅需要耗费大量人力物力和财力，而且在许多场合下还具有危险性，故而进行理论研究，尤其是从微观本质或分子水平、电子微观层次上加以研究是很重要的。量子力学(QM)对化学的应用形成量子化学。量子力学或量子化学(国外统称QM)是研究物质结构的最强大理论武器。目前QM己经被广泛地用于物理、化学、生物、药学等各学科各领域，探讨这些领域的结构
2011年大三下学期文献检索—文献综述
中北大学化工与环境学院 0804024315 申晓华
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氧化呋咱高能钝感炸药的研究现状
一性能规律性联系是当代自然科学的基本课题。很显然，由于含能材料的特殊性以及对核武器的“禁试”，便使得以QM为基础和中心的理论模拟和计算研究更为重要和迫切。QM以及所谓“量化后”(POST-QM)的热力学和动力学计算研究现己成为一种特殊的“实验”，当通常实验无法进行或很危险或需要消耗巨大的人力物力和财力时，借助于计算研究可获得丰富信息或给出合理预言，对实验具有一定指导作用。
高能量密度材料(HighEnergyDensityMaterial，简称HEDM)指用于炸药、推进剂和发射药或火工品的高能量组分的化合物。这类材料几乎用于所有战略和战术武器系统，并在所有军种装备中使用。随着高能量密度材料合成和应用技术的发展，必将对武器系统的发展产生深远的影响。进入九十年代以后，高能量密度材料的研究受到世界各国的高度重视，美国己将高能量密度材料列入90年代到2005年国防部关键技术计划。实验证明，一个氧化呋咱基代替一个硝基，可以使密度提高每立方厘米0.06-0.08克，爆速增加每秒300米左右。而且能使化合物氢含量减少，氧平衡改善，爆压增大。苯并氧化吠咱类化合物无疑是高能量密度材料领域研究中备受关注的一部分。此外，我们知道苯并氧化吠咱结构中有杂环体系引入，可由于分子内的微扰作用而使其原子轨道的组合大大优于碳环体系，这是因为杂原子在最低分子轨道能级中起重要作用。额外电荷密度带来的稳定性可提高含能材料的耐热性和降低含能材料的机械感度。如果同时在分子中引入能形成分子间氢键的基团(如氨基、亚氨基)，则还可以增大分子的晶格能，降低含能材料的感度。所以，苯并氧化吠咱类化合物及其衍生物中，极有可能产生当今人们最受人们青睐的有应用前景的低感高能量密度化合物。
呋咱环是一个含有2 个氮原子、1 个氧原子的五元环, 分子结构中含有N—O 和C—N 键, 化学潜能主要来源于其正的生成焓; 呋咱环为一个平面结构, 环上六个电子形成一个共轭大π 键, 具有一定的芳香性. 氧化呋咱环为“潜硝基”内侧环结构, 一个环内含有2 个活性氧原子, 含氧量和分子的结晶密度更高. 因此，对于设计C, H, O, N高能量密度化合物, 呋咱环和氧化呋咱环是非常有效的结构单元.由于呋咱环、氧化呋咱环都具有芳香性, 化合物分子中的呋咱环、氧化呋咱环有望形成一个大共轭体系,
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氧化呋咱高能钝感炸药的研究现状
显著提高化合物晶体密度和安定性。
呋咱环和氧化呋咱环是构建高能量密度化合物的理想结构单元， 氧化呋咱环作为爆炸性基团可提供相对更高的能量密度, 另外, 还可赋予其衍生物环张力和高标准生成焓。因此, 氧化呋咱衍生物成为一类重要的含能化合物,近年来, 硝基取代的芳基氧化呋咱类化合物, 其分子内同时含有硝基苯及氧化呋咱环, 具有较高的能量和热稳定性, 可作为一类高能量低感度的含能材料。
呋咱环长期以来被认为是设计和合成高密度含能化合物非常有用的结构单元,3,4-二氨基呋咱(DAF)自1968年被Coburn首次成功合成后.俄罗斯科学院 Zelinsky 有机化学研究所Sheremeteev等一直致力于DAF等氨基呋咱的氧化和呋咱类衍生物的研究, 合成了以呋咱环为基本结构单元的多系列性能优异的新型含能化合物. 在这些化合物中, DAF 是合成呋咱衍生物的关键中间体, 3,3-二氨基-4,4-氧化偶氮呋咱(DAAF)和3,3-二氨基-4,4-偶氮呋咱(DAAZF)两个化合物不仅具有耐热炸药六硝基芪(HNS)优良的耐热性, 爆轰性能优于HNS, 而且它们的落锤撞击感度都大于320cm (2.5 kg 落锤), 对静电火花和摩擦的刺激不敏感, 然而较低的晶体密度和爆轰能量, 限制了在钝感炸药中的应用。
3, 4-二苯基氧化呋咱的合成路线
除含呋咱和氧化呋咱基团外，3，4-二(氨基呋咱基)氧化呋咱(BAFF)还含两个氨基。从其分子结构
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氧化呋咱高能钝感炸药的研究现状
可以预测BAFF是一钝感炸药。以3-氨基-4-酰氯肟基呋咱(ACOF)为前躯体制备了BAFF。反应式如下：
用IR，MS，1H NMR，13C NMR，元素分析和单晶X1射线衍射对其分子和晶体结构进行了表征。其中，用水培育的BAFF单晶结构为单斜晶系，空间群P 21/c，晶体密度1.745 g×cm-3；用乙醇培育的BAFF单晶结构为三斜晶系，空间群P 1，密度1.737 g×cm-3。BAFF具有两种以上晶型。
用BKW计算BAFF的爆速为8 100 m/s (r=1.795 g/cm3 )，实验值7177 m/s (r=1.530 g/cm3)。其撞击感度为24%(10 kg落锤，25 cm落高)。摩擦感度8%(90°)，静电火花感度为V50=1.909 kV，E50=0.557′10-1J。BAFF的爆速较LLM-105和FOX-7的稍低，但高于TATB的。其机械感度接近TATB的。
BAFF真空安定性为0.4~0.7 mL (5 g，100oC ，40 h)，其热爆炸温度为297℃(5 s延迟期)，高于FOX-7。BAFF的DSC分析表明，从166.1℃开始熔化吸热，峰值温度为168.2℃，这是其熔点。BAFF从231.3℃开始其第一热分解放热行为，第一热分解放热峰值温度263.6℃；从318.0℃开始其第二热分解放热行为，峰值温度322.7℃。BAFF出现两种放热分解温度的合理解释可能是BAFF存在两种以上的晶型，并存在相变。
以3，4-二(氨基呋咱基)氧化呋咱为结构单元设计了一类新型呋咱(氧化呋咱)类炸药分子。根据Brinkley–Wilson规则写出该类新型呋咱(氧化呋咱)炸药的爆炸反应方程式，运用计算爆速的Rothsteine’s方法和计算C-J压力的Kamlet方法等对该类炸药的爆炸参数进行了理论计算，得出的爆速、爆压、爆热、爆温和爆容，表明该类炸药具有良好的爆轰性能，是一类能量超过TATB接近HMX的新型高能量密度材料化合物，见表1。计算得出HMX的爆轰参数D=9.04 km/s，pCj=39.47 GPa，V0=907.5
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