1,3-二氨基-2,4,6-三硝基苯

三硝基间苯二胺(代号:[註 1])是一种钝感的耐热炸药,主要作为压装炸药和火箭推进剂改性剂使用,曾用于装填AIM-7E空对空导弹战斗部[7]。三硝基间苯二胺的系统命名法名称为1,3-二氨基-2,4,6-三硝基苯,仅较TATB分子少一个氨基,该结构也导致二者具有耐热、钝感等诸多相似性质[3][8]

1,3-二氨基-2,4,6-三硝基苯
IUPAC名
2,4,6-trinitrobenzene-1,3-diamine
1,3-二氨基-2,4,6-三硝基苯
别名 DATB
二氨基三硝基苯
2,4,6-三硝基苯二胺
识别
CAS号 1630-08-6  checkY
PubChem 15396
ChemSpider 14655
SMILES
 
  • C1=C(C(=C(C(=C1[N+](=O)[O-])N)[N+](=O)[O-])N)[N+](=O)[O-]
InChI
 
  • 1S/C6H5N5O6/c7-4-2(9(12)13)1-3(10(14)15)5(8)6(4)11(16)17/h1H,7-8H2
InChIKey FZAZPMLWYUKRAE-UHFFFAOYSA-N
EINECS 216-626-4
性质
化学式 C6H5N5O6
243.13 g·mol¹
外观 黄色粉状结晶[1]
密度 1.838g/cm3[2]
熔点 286°C[2]
288 °C[1]
溶解性 不溶[3]
溶解性 不溶于乙醇乙醚
微溶于四氯化碳丙酮乙酸乙酯
溶于四氢呋喃二甲基甲酰胺二甲基亚砜[3]
热力学[2]
ΔfHm298K -98.74kJ·mol−1
ΔcHm -2976.7kJ·mol−1
Cp 70.2J·mol-1·K-1
爆炸性
撞击感度 78.4J[4]
摩擦感度 >350N(钝感)[2]
爆速 7414m/s(1.765g/cm3[5]
7659m/s(1.816g/cm3[2]
结构
空间群 Pc[6]
相关物质
相关化合物 TATB
若非注明,所有数据均出自标准状态(25 ℃,100 kPa)下。

为便于叙述,下文统一称三硝基间苯二胺为DATB。

物理性质

DATB属单斜晶系空间群为Pc,其晶胞参数为a=0.7039nm,b=0.5169nm,c=1.1583nm,β=95.22°,V=0.4358nm3。DATB的每个单胞内包含44个原子[註 2],在氢键的作用下,晶体内分子沿a轴呈链状结构分布,与TATB和石墨的层状结构存在显著差异[9]。DATB的晶体结构会随着压力改变而变化,其趋势为随着压力上升,a、b、c均会减小,其中当压力达到7.5GPa附近时,DATB结构会发生突变,a、c迅速下降但b迅速上升,此时DATB晶体结构失稳,该突变发生后晶胞参数变化率恢复正常[10]

DATB在常规溶剂中溶解性较差,其不溶于乙醇正丙醇乙醚,微溶于二氯乙烷四氯化碳丙酮硝基甲烷乙酸乙酯,但其在四氢呋喃二甲基甲酰胺二甲基亚砜中溶解性较好[3][註 3]

DATB热安定性能优良,在100°C环境下安置48小时失重约0.1%,第二个48小时失重约0.01%。250°C环境下,前2小时失重约4.6%,4小时失重约5.8%[5]

DATB熔点约286°C,其DSC曲线在286.3°C有尖锐吸热峰[註 4],随后在345°C附近出现分解放热峰,即DATB的热解过程为先熔化后分解。DATB热分解过程中,硝基氨基IR特征吸收先于苯环消失[註 5],前两者在较早期的反应中分解出一氧化氮氢气、水等气体,后者则在较晚期的反应中放出一氧化氮、氰化氢一氧化碳等气体并最终进一步分解放出二氧化碳和一氧化碳[12]

制备工艺

DATB可通过多种原料经不同工艺流程制备,其主要方法包括:以间二甲氧基苯为原料,经磺化硝化胺化步骤,最终制成DATB;以间硝基苯胺为原料,经硝化、胺化制成DATB[5];以苯甲酸为原料,经定位硝化、胺化、二次硝化、二次胺化,最终制成DATB[13]。三种制备方法流程示意图如下:

以间二甲氧基苯为原料:[3]

以间硝基苯胺为原料:[5]

以苯甲酸为原料:[13]

爆炸性能

密度为1.79g/cm3时,DATB爆压为24.3GPa,爆热4714kJ/kg,爆速7520m/s[4]。此外,DATB爆速还与其密度正相关:1.765g/cm3时爆速为7414m/s,1.816g/cm3时爆速为7659m/s[2][5]

注释

  1. 该代号为三硝基间苯二胺英语系统命名法的缩写。
  2. 可简单理解为每个单胞包含2个DATB分子。
  3. 部分文献与上述内容存在一定差异,如一篇1985年的文献中记载DATB不溶于苯、四氯化碳、乙酸乙酯,微溶于乙醇,但这些差异仅限于不溶和微溶区间,对物质的实际使用影响有限[11]
  4. 标志286.3°C为精确熔点。
  5. 即侧面印证硝基与氨基先于苯环参与热解反应。

参考文献

  1. Siele, V. I.; Warman, Maurice. . The Journal of Organic Chemistry. 1962, 27 (5): 1910–1911. ISSN 0022-3263. doi:10.1021/jo01052a523 (英语).
  2. Koch 2021,第228頁.
  3. 韦爱勇 2014,第51-52頁.
  4. Hussein, Ahmed K.; Zeman, Svatopluk; Elbeih, Ahmed. . Propellants, Explosives, Pyrotechnics. 2020, 46 (2): 322–328. ISSN 0721-3115. doi:10.1002/prep.202000160 (英语).
  5. 刘景烂; 堪希强; 王凤山. . 火炸药. 1991, (04): 17–23. ISSN 1004-9363. CNKI HZYY199104003 (中文(简体)).
  6. Holden, J. R. . Acta Crystallographica. 1967, 22 (4): 545–550. ISSN 0365-110X. doi:10.1107/s0365110x67001100 (英语).
  7. 赵国禄. . 航空兵器. 1981, (06): 48. ISSN 1673-5048. doi:10.19297/j.cnki.41-1228/tj.1981.06.012. CNKI HKBQ198106011 (中文(简体)).
  8. 周红萍. . 硕士学位论文 (中国工程物理研究院). 2003. CNKI 2003113023.nh (中文(简体)).
  9. Kohno, Yuji; Hiyoshi, Reiko I.; Yamaguchi, Yoshitaka; Matsumoto, Shinya; Koseki, Atsushi; Takahashi, Osamu; Yamasaki, Katsuyoshi; Ueda, Kazuyoshi. . Journal of Physical Chemistry A. 2008, 113 (11): 2551–2560. ISSN 1089-5639. PMID 19231880. doi:10.1021/jp809240x (英语).
  10. 王文鹏. . 博士学位论文 (西南交通大学). 2017. CNKI 1017298542.nh (中文(简体)).
  11. 李克昌. . 火炸药. 1985, (04): 9–25+66. ISSN 1004-9363. CNKI HZYY198504001 (中文(简体)).
  12. 陈智群; 郑晓华; 刘子如; 汪渊; 潘清. . 固体火箭技术. 2005, (03): 201–204. ISSN 1006-2793. CNKI GTHJ200503012 (中文(简体)).
  13. 魏运洋. . 兵工学报. 1992, (02): 79–81. ISSN 1000-1093. CNKI BIGO199202013 (中文(简体)).

参考书籍

  • Koch, Ernst-Christian. 1st English Edition. Berlin/Boston: Walter de Gruyter GmbH. 2021. ISBN 978-3-11-066052-4 (英语).
  • 韦爱勇. 第1版. 哈尔滨: 哈尔滨工程大学出版社. 2014. ISBN 978-7-5661-0750-3 (中文(简体)).
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