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摘 要

此次文章将硝基咪唑当做研究对象，研究探讨了4-硝基咪唑衍生物和二硝基咪唑衍生物的设计、合成、热性能以及爆轰性能研究。发现在4-硝基咪唑衍生物的合成中，可以使用CuI/TBAB作为催化剂，可以高效的合成出多种硝基苯取代的4-硝基咪唑衍生物，产率高成本也降低了，可以大量生产使用，节约成本。在二硝基咪唑衍生物的合成中，将TBAB做为催化剂，用2,4-二硝基咪唑与多硝基氯苯反应，合成出多种2,4-二硝基咪唑衍生物，用4,5-二硝基咪唑分别与多硝基氯苯反应，合成出多种二硝基咪唑衍生物。

通过密度泛函理论，使用DFT-B3LYP结合6-31G*基组的方法可以求出分子的全优化几何构型，运用Gaussian程序可以求得硝基咪唑衍生物的性质，如生成热、密度等，而有了生成热和密度，可以计算得出物质的爆速和爆压。得到的6种4-硝基咪唑衍生物的爆速在7.42~8.17 km/s之间，爆压在23.45~29.58 GPa之间，计算得到的6种二硝基咪唑衍生物的爆速在7.98~8.42 km/s之间，爆压在28.74~32.23 GPa之间。

关键词：4-硝基咪唑衍生物 二硝基咪唑衍生物 爆速 爆压

Structure design, synthesis, thermal properties and detonation properties of 4-nitroimidazole derivatives

Abstract

The design, synthesis, thermal properties and detonation properties of nitroimidazole derivatives and dinitroimidazole derivatives were studied. CuI/TBAB can be used as catalyst in the synthesis of 4-nitroimidazole derivatives, and a variety of nitrobenzene substituted 4-nitroimidazole derivatives can be synthesized efficiently. A variety of 2,4-dinitroimides were synthesized by reaction of 2,4-dinitroimidazole with polynitrochlorobenzene using TBAB as catalyst in the synthesis of dinitroimidazole derivatives.A variety of dinitroimidazole derivatives were synthesized by the reaction of 4,5-dinitroimidazole with polynitrochlorobenzene.

Using density functional theory, the DFT-B3LYP method combined with 6-31 G* groups can be used to obtain the fully optimized geometry of the molecule, and the properties of nitroimidazole derivatives can be obtained by using Gaussian program, such as generating heat, density, etc.Through density functional theory, the DFT-B3LYP method combined with 6-31 G* with the generation of heat and density can be used to calculate the detonation velocity and pressure.The detonation velocities of the obtained 6 4-nitroimidazole derivatives were between 7.42~8.17 km/s, and the detonation pressures were between 23.45~29.58 GPa. the calculated detonation velocities of the 6 dinitroimidazole derivatives were between 7.98~8.42 km/s were between 28.74~32.23 GPa.

Key Words:4- nitroimidazole derivatives;dinitroimidazole derivatives;detonation velocity;detonation pressure

目录

摘要 2

Abstract 3

第一章 绪论 4

1.1 含能材料的发展过程 5

1.2 硝基咪唑类含能化合物的研究进展 5

1.3 本论文的选题依据、研究意义和主要研究内容 6

第二章 4-硝基咪唑衍生物的结构设计、合成、热性能及爆轰性能研究 8

2.1 合成路线探索 8

2.2 实验中采用的主要药品 9

2.4 4-硝基咪唑衍生物的合成 12

2.5 4-硝基咪唑衍生物的爆速、爆压估算 15

第三章 二硝基咪唑衍生物的结构设计、合成、热性能及爆轰性能研究 22

3.1合成路线 22

3.2实验中采用的主要药品 22

3.3 2,4-二硝基咪唑的合成 23

3.4 4,5-二硝基咪唑的合成 24

3.5 2-硝基咪唑衍生物的合成 24

3.6 二硝基咪唑衍生物的爆速、爆压估算 27

第四章 结论 32

致谢 33

参考文献 34

第一章 绪论

• 1. 含能材料的发展过程

在民用和军事中，高能材料（例如炸药，推进剂以及烟火等）被广泛应用，近些年，由于船，航空母舰，弹药火车无意中引爆弹药，产生撞击或冲击，造成了许多灾难性爆炸，人们一直在不断努力开发具有良好的热稳定性，撞击和冲击敏感性，性能更好的新材料，经济环保的合成高能材料，用来满足未来军事的要求，也能运用于太空领域。高氮杂环化合物的性质被大量的N—N、C＝N和C—N等高能量的化学键影响着，因而许多高氮化合物具有很高的生成焓。又因为杂环又较强的稳定性，所以能以环为基础的修饰和改性，这也是高氮杂环化合物的化学潜能的主要来源^[1]，故其合成与应用成为含能材料领域研究的焦点。

含能材料主要经历可以概括为以下发展阶段：

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