Нитраминопроизводные 2,6,8,10,12-пентанитро-2,6,8,10,12-гексаазаизовюрцитана и способы их получения

Изобретение относится к новым нитраминопроизводным 2,6,8,10,12-пентанитро-2,6,8,10,12-гексаазаизовюрцитана общей формулы:

где R=Н (Iа), СН3 (Iб), (Iв), (CH2)2NHNO2 (Iг), (CH2)2N(NO2)CH3 (Iд), и к способам их получения. Технический результат: получены новые 2,6,8,10,12-пентанитро-2,6,8,10,12-гексаазаизовюрцитаны общей формулы I, которые могут найти применение в качестве высокоэнергетических компонентов смесевых твердых ракетных топлив. 4 н. и 1 з.п. ф-лы, 1 табл., 3 пр.

 

Предлагаемое изобретение относится к области органической химии, а именно - к химии полициклических каркасных и нитросоединений, конкретно, к новым, неописанным в литературе, нитраминопроизводным 2,6,8,10,12-пентанитро-2,6,8,10,12-гексаазаизовюрцитана общей формулы:

R = Н (Ia), СНз (Iб), (Iв), (CH2)2NHNO2 (Iг), (CH2)2N(NO2)CH3 (Iд), и способам их получения.

Соединения формулы I могут найти применение в качестве высокоэнергетических компонентов смесевых твердых ракетных топлив. В литературе представлены нитрамины общей формулы:

1) При R = Н

R' = HN(NO2)(CH2N(NO2))n (n = 0, 1, 2), [(а) Л.Т. Еременко, В. В. Аракчеева, Г.В. Лагодзинская, Б.С. Федоров, "Новые превращения в ряду полиметиленполинитраминов", Изв. АН СССР, Сер. Хим., 1984, 2407; (б) А.С. Ермаков, С.А. Серков, В.А. Тартаковский, Т.С. Новикова, Л.И. Хмельницкий, "Сульфаминовая кислота и N-алкилсульфаматы в синтезе нитропроизводных гуанидина и аминофуразана", Изв. АН, Сер. Хим., 1995, 719-721].

2) При R = СН3

R' = CH3N(NO2)(CH2N(NO2))n (n = 0, 1, 2), [(a) J. Denkstein, V. Kaderabek, "Syntheses in the field of nitramines. IV. Condensation to methylene-bisnitramines", Collect. Czech. Chem. Commun., 1966, 31, 2904-2914; (б) О.А. Лукьянов, Т.Г. Мельникова, Е.Г. Каширская, В.А. Тартаковский, "Нитрование N-метоксиметил-замещенных вторичных амидов тетрафторборатом нитрония", Изв. АН СССР, Сер. Хим., 1981, 2610-2611; (в) W. Norris, "Preparation of 2, 4, 6-trinitrazaheptane" J. Org. Chem., 1960, 25, 1244-1245; (r) J. A. Bell, I. Dunstan, "Chemistry of nitramines. Part III. Cyclic nitramines derived from trimethylenedinitramine", J. Chem. Soc. C, 1966, 870-872; (д) В. Unterhalt, D. Thamer, "Nitramine; IV. Aminomethyl-nitramine", Synthesis, 1973, 676-677; (e) Т. M. Klapotke, A. Penger, C. Pfluger, J. Stierstorfer, "Melt-cast materials: combining the advantages of highly nitrated azoles and open-chain nitramines", New J. Chem., 2016, 40, 6059-6069; (ж) Т. M. Klapotke, A. Penger, C. Pfluger, J. Stierstorfer, M. Suceska, "Advanced open-chain nitramines as energetic materials: heterocyclic-substituted 1,3-dichloro-2-nitrazapropane", Europ.J. Inorg. Chem., 2013, 4667-4678].

3) При

[Т.G. Bonner, R. A. Hancock, J. C. Roberts, J. Chem. Soc, Perkin Trans. I, "The N-nitroxymethyl derivatives of 1,3-dinitroperhydro-1,3,5-triazine, piperidine, and succinimide", 1972, 1902-1907].

4) При

[Т.М. Klapotke, A. Penger, С. Pfluger, J. Stierstorfer, M. Suceska, "Advanced open-chain nitramines as energetic materials: heterocyclic-substituted 1,3-dichloro-2-nitrazapropane", Europ. J. Inorg. Chem., 2013, 4667-4678].

5) При

[J.H. Zhang, C.L. He, D. A. Parrish, J. M. Shreeve, "Nitramines with varying sensitivities: functionalized dipyrazolyl-N-nitromethanamines as energetic materials", Chem. - Eur. J., 2013, 19, 8929-8936].

6) При

[Т.M. Klapotke, A. Penger, C. Pfluger, J. Stierstorfer, M. Suceska, "Advanced open-chain nitramines as energetic materials: heterocyclic-substituted 1,3-dichloro-2-nitrazapropane", Europ. J. Inorg. Chem., 2013, 4667-4678]. Кроме того, в литературе описаны 2,6,8,10,12-пентанитрогексаазаизовюрцитаны общей формулы:

(а) R = Н [A. J. Bellamy, A. MacCuish, P. Golding, М. F. Mahon, "The use of trifluoroacetyl as an N-and O-protecting group during the synthesis of energetic compounds containing nitramine and/or nitrate ester groups", Propellants, Explos., Pyrotech, 2007, 32, 20-31].

(б) R = C(O)N3 [K. Dong, Yu. Wang, X. B. Gong, J. Zhang, Ch. H. Sun, S. P. Pang, "Formyl azido substituted nitro hexaazaisowurtzitane-synthesis, characterization and energetic properties", New J. Chem., 2013, 37, 3685-3691].

(в) R = CH2Cl [О.А. Лукьянов, Н.И. Шлыкова, "N-(2,2,2-Тринитроэтил)-N-полинитрогексаазаизовюрцитаны", Изв. АН, Сер. Хим., 2016, 65, 748-750].

(г) R = CH2C(NO2)3 [О.А. Лукьянов, Н.И. Шлыкова, Г.В. Похвиснева, Т.В. Терникова, С.В. Никитин, Г.А. Смирнов, Ю.В. Нелюбина, П.В. Дороватовский, Т.С. Конькова, Н.В. Муравьев, А.Н. Пивкина, "Оптимизация ключевых стадий синтеза и изучение основных физико-химических свойств высокоэнергоемких соединений - 4-(2,2,2-тринитроэтил)-2,6,8,10,12-пентанитрогексаазаизовюрцитана и 4,10-бис(2,2,2-тринитроэтил)-2,6,8,12-тетранитрогексаазаизовюрцитана", Изв. АН, Сер. Хим., 2017, 66, 1066-1073].

(д) R = CH2C(NO2)2F [О.А. Лукьянов, Н.И. Шлыкова, Г.В. Похвиснева, Т.В. Терникова, К.А. Моногаров, Д.Б. Мееров, Ю.В. Нелюбина, П.В. Дороватовский, Т.С. Конькова, "Высокоэнергоемкие 4(10)-2,2-динитро-2-фторэтильные и 4(10)-2,2-динитропропильные производные полинитрогексаазаизовюрцитанов", Изв. АН, Сер. Хим., 2019, 68, 110-115].

(е) R = CH2N3 [О.A. Luk'yanov, V.V. Parakhin, N.I. Shlykova, А.О. Dmitrienko, E.K. Melnikova, T.S. Kon'kova, K.A. Monogarov, D.B. Meerov, "Energetic N-azidomethyl derivatives of polynitro hexaazaisowurtzitanes series: CL-20 analogues having the highest enthalpy", New J. Chem., 2020, 44, 8357-8365].

Наиболее близким по структуре и по назначению является описанное в литературе 2,4,6,8,10,12-гексанитро-2,4,6,8,10,12-гексаазаизовюрцитан (IV)

[А. Т. Nielsen, А. P. Chafin, S. L. Christian, D. W. Moore, M. P. Nadler, R. A. Nissan, D. J. Vanderah, R. D. Gilardi, C. F. George, J. L. Flippen-Anderson, "Synthesis of polyazapolycyclic caged polynitramines", Tetrahedron, 1998, 54, 11793-11812].

Технической задачей настоящего изобретения является создание новых нитрамин-замещенных полинитрогексаазаизовюрцитанов с большей теплотой сгорания, а также с высокими плотностью, энтальпией образования, термической устойчивостью, умеренной чувствительностью к механическим воздействиям, и разработка способов их получения.

Поставленная техническая задача достигается новыми неописанными в литературе нитраминопроизводными 2,6,8,10,12-пентанитро-2,6,8,10,12-гексаазаизовюрцитана общей формулы:

R = Н (Ia), СН3 (Iб), (Iв), (CH2)2NHNO2 (Iг), (CH2)2N(N02)CH3 (Iд), и способами их получения.

Предлагаемые соединения общей формулы I отличаются от известных производных 2,6,8,10,12-пентанитро-2,6,8,10,12-гексаазаизовюрцитана наличием в одной структуре как 2,6,8,10,12-пентанитро-2,6,8,10,12-гексаазаизовюрцитанового нитраминокаркаса, так и эксплозофорного линейного N-нитраминофрагмента, указанное сочетание обеспечивает как высокий энергетический потенциал, так и устойчивость к внешним воздействиям этих соединений.

Предлагаемые нитраминопроизводные 2,6,8,10,12-пентанитрогексаазаизовюрцитана общей формулы I, где R = Н (Ia), R = СН3 (Iб), получают обработкой 2,6,8,10,12-пентанитрогексаазаизовюрцитана (IIIa) формальдегидом в среде хлорангидрида кислоты, с последующим взаимодействием образующегося 4-хлорметил-2,6,8,10,12-пентанитрогексаазаизовюрцитана (IIIв) с нитроуретаном в среде полярного апротонного органического растворителя в присутствии третичного амина, полученный при этом этилнитро[(2,6,8,10,12-пентанитро-2,4,6,8,10,12-гексаазаизовюрцитан-4-ил)метиил]карбамат (V) подвергают взаимодействию с аммиаком в среде полярного органического растворителя, образующийся в результате N-[(2,6,8,10,12-пентанитро-2,4,6,8,10,12-гексаазаизовюрцитан-4-ил)метил]нитрамид (Ia) выделяют, далее при необходимости соединение Ia подвергают взаимодействию с метилирующим реагентом в среде полярного апротонного органического растворителя в присутствии третичного амина с последующим выделением образующегося при этом N-метил-N-[(2,6,8,10,12-пентанитро-2,4,6,8,10,12-гексаазаизовюрцитан-4-ил)метил]нитрамида (Iб). На стадии получения 4-хлорметил-2,6,8,10,12-пентанитрогексаазаизовюрцитана (IIIв) в качестве хлорангидрида кислоты используют, например, ацетилхлорид (AcCl), тионилхлорид (SOCl2), а формальдегид используют, например, в виде параформальдегида. На стадиях получения этилнитро[(2,6,8,10,12-пентанитро-2,4,6,8,10,12-гексаазаизовюрцитан-4-ил)метиил]карбамата (V) и N-метил-N-[(2,6,8,10,12-пентанитро-2,4,6,8,10,12-гексаазаизовюрцитан-4-ил)метил]нитрамида (Iб) в качестве полярного апротонного органического растворителя используют, например, ацетонитрил, а в качестве третичного амина используют, например, триэтиламин. В качестве органического полярного растворителя на стадии получения N-[(2,6,8,10,12-пентанитро-2,4,6,8,10,12-гексаазаизовюрцитан-4-ил)метил]нитрамида (Ia) используют, например, этилацетат. В качестве метилирующего реагента на стадии получения N-метил-N-[(2,6,8,10,12-пентанитро-2,4,6,8,10,12-гексаазаизовюрцитан-4-ил)метил]нитрамида (I6) используют, например, йодметан. Все описанные процессы проводят при комнатной температуре.

Предлагаемые нитраминопроизводные 2,6,8,10,12-пентанитрогексаазаизовюрцитана формулы I, где R = Н (Ia), R = получают обработкой 2,6,8,10,12-пентанитрогексаазаизовюрцитана (IIIa) формальдегидом в среде хлорангидрида кислоты, с последующим взаимодействием образующегося 4-хлорметил-2,6,8,10,12-пентанитрогексаазаизовюрцитана (IIIв) с нитроуретаном в среде полярного апротонного органического растворителя в присутствии третичного амина, полученный при этом этилнитро[(2,6,8,10,12-пентанитро-2,4,6,8,10,12-гексаазаизовюрцитан-4-ил)метиил]карбамат (V) подвергают взаимодействию с аммиаком в среде полярного органического растворителя, образующийся в результате N-[(2,6,8,10,12-пентанитро-2,4,6,8,10,12-гексаазаизовюрцитан-4-ил)метил]нитрамид (Ia) выделяют, далее при необходимости соединение Ia подвергают взаимодействию с 4-хлорметил-2,6,8,10,12-пентанитрогексаазаизовюрцитаном (IIIв) в среде полярного апротонного органического растворителя в присутствии третичного амина с последующим выделением образующегося при этом N,N'-бис[(2,6,8,10,12-пентанитро-2,4,6,8,10,12-гексаазаизовюрцитан-4-ил)метил]нитрамида (Iв).

На стадии получения 4-хлорметил-2,6,8,10,12-пентанитрогексаазаизовюрцитана (IIIв) в качестве хлорангидрида кислоты используют, например, ацетилхлорид, тионилхлорид, а формальдегид используют, например, в виде параформальдегида. На стадиях получения этилнитро[(2,6,8,10,12-пентанитро-2,4,6,8,10,12-гексаазаизовюрцитан-4-ил)метиил]карбамата (V) и N,N'-бис[(2,6,8,10,12-пентанитро-2,4,6,8,10,12-гексаазаизовюрцитан-4-ил)метил]нитрамида (Iв) в качестве полярного апротонного органического растворителя используют, например, ацетонитрил, а в качестве третичного амина используют, например, триэтиламин. В качестве органического полярного растворителя на стадии получения N-[(2,6,8,10,12-пентанитро-2,4,6,8,10,12-гексаазаизовюрцитан-4-ил)метил]нитрамида (Ia) используют, например, этилацетат. Все описанные процессы проводят при комнатной температуре.

Предлагаемые нитраминопроизводные 2,6,8,10,12-пентанитрогексаазаизовюрцитана формулы I, где R = (CH2)2NHNO2 (Iг), R = (CH2)2N(NO2)CH3 (Iд), получают обработкой 2,6,8,10,12-пентанитрогексаазаизовюрцитана (IIIa) формальдегидом в среде хлорангидрида кислоты, с последующим взаимодействием образующегося 4-хлорметил-2,6,8,10,12-пентанитрогексаазаизовюрцитана (IIIв) с этилендинитрамином в среде полярного апротонного органического растворителя в присутствии третичного амина, образующийся в результате N-[2-(нитрамино)этил]-N-[(2,6,8,10,12-пентанитро-2,6,8,10,12-гексаазаизовюрцитан-4-ил)метил]нитрамид (Iг) выделяют, далее при необходимости соединение Iг подвергают взаимодействию с метилирующим реагентом в среде полярного апротонного органического растворителя в присутствии третичного амина с последующим выделением образующегося при этом N-[2-(метилнитрамино)этил]-N-[(2,6,8,10,12-пентанитро-2,6,8,10,12-гексаазаизовюрцитан-4-ил)метил)метил]нитрамида (Iд). На стадии получения 4-хлорметил-2,6,8,10,12-пентанитрогексаазаизовюрцитана (IIIв) в качестве хлорангидрида кислоты используют, например, ацетилхлорид, тионилхлорид, а формальдегид используют, например, в виде параформальдегида. На стадиях получения N-[2-(нитрамино)этил]-N-[(2,6,8,10,12-пентанитро-2,6,8,10,12-гексаазаизовюрцитан-4-ил)метил]нитрамида (Iг) и N-[2-(метилнитрамино)этил]-N-[(2,6,8,10,12-пентанитро-2,6,8,10,12-гексаазаизовюрцитан-4-ил)метил)метил]нитрамида (Iд) в качестве полярного апротонного органического растворителя используют, например, ацетонитрил, а в качестве третичного амина используют, например, триэтиламин. В качестве метилирующего реагента на стадии получения N-[2-(метилнитрамино)этил]-N-[(2,6,8,10,12-пентанитро-2,6,8,10,12-гексаазаизовюрцитан-4-ил)метил)метил]нитрамида (Iд) используют, например, йодметан. Все описанные процессы проводят при комнатной температуре.

Процессы получения целевых продуктов Ia, Iб, Iв, Iг и Iд протекают по следующей схеме:

В качестве высокоэнергетических компонентов (энергетических наполнителей, окислителей) смесевых твердых ракетных топлив применяются энергоемкие органические соединения, в роли которых обычно выступают штатные взрывчатые вещества, такие как гексоген и октоген, а также перспективное высокоэнергетическое соединение - 2,4,6,8,10,12-гексанитро-2,4,6,8,10,12-гексаазаизовюрцитан (IV) (CL-20, ГНИВ). Указанные соединения обладают недостатками: гексоген и октоген имеют низкую энтальпию образования, а соединение IV - низкую теплоту сгорания и высокую чувствительность к удару и трению (таблица).

Техническим результатом предлагаемого изобретения является создание новых, неописанных в литературе, высокоэнергоемких соединений - нитраминопроизводных 2,6,8,10,12-пентанитро-2,6,8,10,12-гексаазаизовюрцитана общей формулы I, имеющих в своей структуре как 2,6,8,10,12-пентанитро-2,6,8,10,12-гексаазаизовюрцитановый нитраминокаркас, так и эксплозофорный линейный N-нитраминофрагмент, и характеризующихся большей теплотой сгорания в сравнении со взрывчатыми веществами аналогичного назначения, наряду с высокими плотностью, термической стойкостью, энтальпией образования, а также умеренной чувствительностью к механическим воздействиям (см. таблицу).

Эти соединения могут найти применение в качестве высокоэнергетических компонентов смесевых твердых ракетных топлив.

Настоящее изобретение характеризуется следующими примерами.

Исходные соединения: 2,6,8,10,12-пентанитро-2,6,8,10,12-гексаазаизовюрцитан (IIIa) [A. J. Bellamy, A. MacCuish, P. Golding, М. F. Mahon, "The use of trifluoroacetyl as an N-and O-protecting group during the synthesis of energetic compounds containing nitramine and/or nitrate ester groups", Propellants, Explos., Pyrotech., 2007, 32, 20-31], нитроуретан [(I) R. C. Brian, A. H. Lamberton, "Studies on nitroamines. Part II. The nitration of some methylenebisamides and related compounds", J. Chem. Soc, 1949, 1633-1635; (2) A. Hantzsch, W. V. Metcalf, "Ueber nitraminessigsaure", Ber. Dtsch. Chem. Ges., 1896, 29, 1680-1685] и этилендинитрамин [С.В. Aakeroy, Т.К. Wijethunga, J. Desper, "Crystal engineering of energetic materials: co-crystals of ethylenedinitramine (EDNA) with modified performance and improved chemical stability", Chem.-Eur. J., 2015, 21, 11029-11037].

Пример 1.

К 2,6,8,10,12-пентанитро-2,6,8,10,12-гексаазаизовюрцитану (IIIa) (2,00 г, 5,09 ммоль) прибавили параформ (1,20 г, 40,1 ммоль) и AcCl (39,6 мл, 560 ммоль), полученную реакционную смесь выдержали при 20°С и перемешивании в течение 24 ч, после чего избыток AcCl удалили в вакууме. К остатку, представляющему собой 4-хлорметил-2,6,8,10,12-пентанитрогексаазаизовюрцитан (IIIв), прибавили сухой MeCN (13,0 мл), затем медленно по каплям прибавили раствор нитроуретана (0,800 г, 5,97 ммоль) и Et3N (0,840 мл, 6,03 ммоль) в сухом MeCN (5,0 мл). Реакционную смесь выдержали при 20°С и перемешивании в течение 2 ч и затем вылили в воду (100 мл). Образовавшийся осадок отфильтровали, промыли водой (100 мл) и высушили на воздухе. Полученное твердое вещество может быть дополнительно очищено с помощью препаративной хроматографии (при элюировании в системе этилацетат-гексан, 1:2). Был выделен этилнитро[(2,6,8,10,12-пентанитро-2,4,6,8,10,12-гексаазаизовюрцитан-4-ил)метиил]карбамат (V) (2,71 г, выход: 99%) в виде бесцветного порошка, т.пл. 190-192°С (разд.). 1Н ЯМР (300,1 МГц): δ 1.37 (т, JH,Н = 7 Гц, 3Н, СН3), 4,40 (к, JH,Н = 7 Гц, 2Н, ОСН2), 5,75 (с, 2Н, NкаркасCH2), 7,08 и 7,97 (д, JH,Н = 8 Гц, 2H, СН), 8.02 (с, 2Н, СН) м.д. 13С ЯМР (75,5 МГц): δ 14,3 (СН3), 65,9 (ОСН2), 150,3 (С=O), 66,0 (NкapкacCH2), 71,7, 74,5 и 77,8 (СН) м.д. 14N ЯМР (30,4 МГц): δ - 46 (Δv1/2 = 80 Гц, NNO2цепь), -41 (Δv1/2 = 120 Гц) и -40 (Δv1/2 = 106 Гц) (NNО2кapкac) м.д. ИК (KBr): v~ 3061 (ср) (СН2/СН3), 1774 (с) (С=O), 1601 (оч.с), 1579 (оч.с) и 1546 (ср) (асимм. NNO2кapкac), 1529 (ср) (асимм. NNO2цепь), 1331 (с), 1289 (с) и 1269 (оч.с) (симм. NNO2) см-1. HRMS (ESI): m/z вычислено для [C10H13N13O14 + Na+]: 562,0597; найдено [М + Na]+: 562,0609.

К этилнитро[(2,6,8,10,12-пентанитро-2,4,6,8,10,12-гексаазаизовюрцитан-4-ил)метиил]карбамату (V) (2,71 г, 4,21 ммоль) прибавили AcOEt (30,0 мл) и через образовавшуюся суспензию барботировали газообразный аммиак в течение 5-10 с, после чего реакционную смесь выдержали при 20°С и перемешивании в течение -0,5 ч до исчезновения исходного соединения на ТСХ (элюент, этилацетат-гексан, 1:2), затем растворитель удалили в вакууме. К остатку прибавили воду (10 мл), образовавшийся осадок отфильтровали, промыли водой (10 мл) и высушили на воздухе. Был выделен N-[(2,6,8,10,12-пентанитро-2,4,6,8,10,12-гексаазаизовюрцитан-4-ил)метил]нитрамид (Ia) (1,81 г, выход: 77%) в виде бесцветного порошка, разл.. (столик Кофлера, 5°С⋅мин-1): 195°С. Плотность (пикнометр, 30°С): 1,901 г⋅см-3. 1Н ЯМР (300,1 МГц): δ 5,06 (с, 2Н, NкaркacCH2), 6,69 и 7,95 (д, JH,Н = 8 Гц, 2Н, СН), 8.03 (с, 2Н, СН) м.д. 13С ЯМР (75,5 МГц): δ 62.7 (NкаркасCH2), 71,3, 74,4 и 77,5 (СН) м.д. 14N ЯМР (30,4 МГц): δ -41 (Δv1/2 = 93 Гц) и -39 (Δv1/2 = 106 Гц) (NNО2кapкаc), -30 (Δv1/2 = 60 Гц, NNO2цепь) м.д. ИК (КВr): 3297 (ср) (NH), 3044 (ср) (СН2), 1608 (с), 1590 (оч.с) и 1553 (с) (асимм. NNO2каркас), 1339 (с), 1280 (оч.с) и 1261 (оч.с) (симм. NNO2) см-1. Элементный анализ для C7H9N13O12 (467,23): вычислено С, 17,99; Н, 1,94; N, 38,97%; найдено С, 18,29; Н, 2,00; N, 38,64%.

К раствору N-[(2,6,8,10,12-пентанитро-2,4,6,8,10,12-гексаазаизовюрцитан-4-ил)метил]нитрамида (Ia) (0,400 г, 0,857 ммоль) в сухом MeCN (8,0 мл) прибавили MeI (0,2 мл, 3,23 ммоль) и Et3N (0,14 мл, 1,01 ммоль), после чего реакционную смесь выдержали при 20°С и перемешивании в течение 5 дней и затем разбавили водой (100 мл). Продукт проэкстрагировали AcOEt (3×10 мл), экстракт последовательно промыли насыщенным раствором NaCl (10 мл), 10% водным раствором Na2SO3 (10 мл) и водой (10 мл). После высушивания экстракта над MgSO4 и удаления растворителя в вакууме, из остатка был выделен продукт при помощи препаративной ТСХ (при элюировании в системе бензол-ацетон, 7:1). Сырец продукта дополнительно очистили путем кипячения в EtOH в течение 5 мин, с последующей промывкой небольшим количеством EtOH, Et2O и сушкой в вакууме. В результате был получен N-метил-N-[(2,6,8,10,12-пентанитро-2,4,6,8,10,12-гексаазаизовюрцитан-4-ил)метил]нитрамид (I6) (0,206 г, выход: 50%) в виде бесцветного порошка. Плотность (РСА, 25°С): 1,860 г⋅см-3. Плотность (пикнометр, 31°С): 1,848 г⋅см-3. ДСК (5°C⋅мин-1): Тое 222°С, Тмакс 226°С. Чувствительность: Е50 = 6,1 Дж; F50 = 180 Н. 1Н ЯМР (600,13 МГц): δ 3.52 (с, 3 Н, СН3), 5.35 (с, 2 Н, NкapкacCH2), 6,99 и 7,99 (д, JH,Н = 7 Гц, 2Н, СН), 8,05 (с, 2Н, СН) м.д. 13С{1Н} ЯМР (150,9 МГц): δ 38,9 (СН3), 68,7 (NкаркасCH2), 71,2, 74,2 и 77,3 (СН) м.д. 14N ЯМР (43,37 МГц): δ -41 (Δv1/2 = 102 Гц) и -38 (Δv1/2 = 97 Гц) (NNO2кapкac), -29 (Δv1/2 = 34 Гц, NNO2цепь) м.д. 15N ЯМР ([INVGATED], 60.8 МГц): δ -320,7 (NкаркасCH2), -203,3 (NNO2цепь), -199,5, -180,8 и -177,7 (NкаркасNO2), -40,7, -39,9 и -37,3 (NNO2каркас), -28,6 (NNO2цепь) м.д. ИК (КВг): 3051 (ср) и 3033 (ср) (СН2/СН3), 1610 (с), 1589 (оч.с) и 1560 (с) (асимм. NNO2каркас), 1522 (с) (асимм. NNO2цепь), 1340 (с), 1295 (оч.с) и 1272 (оч.с) (симм. NNO2) см-1. HRMS (ESI): m/z вычислено for [C8H11N13O12 - Н+]: 480.0577; найдено [М - Н]-: 580.0567.

Пример 2.

К 2,6,8,10,12-пентанитро-2,6,8,10,12-гексаазаизовюрцитану (IIIa) (2,00 г, 5,09 ммоль) прибавили параформ (1,20 г, 40,1 ммоль) и AcCl (39,6 мл, 560 ммоль), полученную реакционную смесь выдержали при 20°С и перемешивании в течение 24 ч, после чего избыток AcCl удалили в вакууме. К остатку, представляющему собой 4-хлорметил-2,6,8,10,12-пентанитрогексаазаизовюрцитан (IIIв), прибавили сухой MeCN (13,0 мл), затем медленно по каплям прибавили раствор нитроуретана (0,800 г, 5,97 ммоль) и Et3N (0,840 мл, 6,03 ммоль) в сухом MeCN (5,0 мл). Реакционную смесь выдержали при 20°С и перемешивании в течение 2 ч и затем вылили в воду (100 мл). Образовавшийся осадок отфильтровали, промыли водой (100 мл) и высушили на воздухе. Был выделен этилнитро[(2,6,8,10,12-пентанитро-2,4,6,8,10,12-гексаазаизовюрцитан-4-ил)метиил]карбамат (V) (2,71 г, 4,21 ммоль, выход: 99%), к которому прибавили AcOEt (30,0 мл) и через образовавшуюся суспензию барботировали газообразный аммиак в течение 5-10 с, после чего реакционную смесь выдержали при 20°С и перемешивании в течение ~0,5 ч до исчезновения исходного соединения на ТСХ (элюент, этилацетат-гексан, 1:2), затем растворитель удалили в вакууме. К остатку прибавили воду (10 мл), образовавшийся осадок отфильтровали, промыли водой (10 мл) и высушили на воздухе. Был выделен N-[(2,6,8,10,12-пентанитро-2,4,6,8,10,12-гексаазаизовюрцитан-4-ил)метил]нитрамид (Ia) (1,81 г, выход: 77%).

К раствору N-[(2,6,8,10,12-пентанитро-2,4,6,8,10,12-гексаазаизовюрцитан-4-ил)метил]нитрамида (Ia) (0,420 г, 0,899 ммоль) в сухом MeCN (8,0 мл) прибавили Et3N (0,14 мл, 1,01 ммоль) и 4-хлорметил-2,6,8,10,12-пентанитрогексаазаизовюрцитан (IIIв), полученный по реакции 2,6,8,10,12-пентанитро-2,6,8,10,12-гексаазаизовюрцитана (IIIa) (0,500 г, 1,27 ммоль) с параформом (0,300 г, 10,0 ммоль) и AcCl (9,90 мл, 140 ммоль). Реакционную смесь выдержали при 20°С и перемешивании в течение 3 ч, после чего твердый осадок отфильтровали, а фильтрат вылили в воду (30 мл). Образовавшийся осадок отфильтровали, промыли водой (100 мл) и высушили на воздухе. Из полученной смеси продукт выделили с помощью препаративной ТСХ (при элюировании в системе этилацетат-гексан, 1:1). Сырец продукта дополнительно очистили путем кипячения в i-PrOH в течение 3 ч, с последующим нагревом в воде при 70°С в течение 3 ч и высушиванием при 90°С в вакууме. В результате был получен N,N'-бис[(2,6,8,10,12-пентанитро-2,4,6,8,10,12-гексаазаизовюрцитан-4-ил)метил]нитрамид (Iв) (0,300 г, выход: 38%) в виде бесцветного порошка. Плотность (пикнометр, 33°С): 1,921 г⋅см-3. ДСК (5°С⋅мин-1): Tое 223°С, Tмакс 229°С. Чувствительность: Е50 = 8.0 Дж; F50 = 150 Н. 1Н ЯМР (600,13 МГц): δ 5,50 (с, 2Н, NкаркасCH2), 7,00 и 7,95 (д, JH,Н = 7 Гц, 2Н, СН), 8,07 (с, 2Н, СН) м.д. 13С{1Н} ЯМР (150.9 МГц): δ 67,3 (NкаркасCH2), 71,3, 74,5 и 77,4 (СН) м.д. 14N ЯМР (43,37 МГц): δ -41 (Δv1/2 = 192 Гц) (NNО2кapкac), -34 (Δv1/2 = 174 Гц, NNO2цепь) м.д. 15N ЯМР ([INVGATED], 60,8 МГц): δ -319,1 (NкаркасСН2), -199,6 (Nкаркас2),, -190,2 (NNO2цепь), -180,1 и -177,3 (NcageNO2), -41,1, -40,0 и -37,1 (NNO2каркас), -33,7 (NNO2цепь) м.д. ИК (KBr): v~ 3040 (ср) (СН2), 1595 (оч.с), (асимм. NNО2), 1330 (с), 1284 (оч.с) и 1264 (оч.с) (симм. NNО2) см-1. Элементный анализ для C14H16N24O22 (872,43): вычислено С, 19,27; Н, 1,85; N, 38,53%; найдено С, 19,44; Н, 2,00; N, 38,16%. Медленная кристаллизация продукта из смеси MeCN-Н2О дает сольват N,N'-бис[(2,6,8,10,12-пентанитро-2,4,6,8,10,12-гексаазаизовюрцитан-4-ил)метил]нитрамида с двумя молекулами MeCN в виде бесцветных кристаллов, т.пл. 117-122°С (разл.). Плотность (РСА, 25°С): 1,789 g⋅cm-3. Элементный анализ для C18H22N26O22 (954,53): вычислено С, 22,65; Н, 2,32; N, 38,15%; найдено С, 22,62; Н, 1,88; N, 38,09%.

Пример 3.

К 2,6,8,10,12-пентанитро-2,6,8,10,12-гексаазаизовюрцитану (IIIa) (0,500 г, 1,27 ммоль) прибавили параформ (0,300 г, 10,0 ммоль) и SOCl2 (5,0 мл, 69 ммоль), полученную реакционную смесь выдержали при 20°С и перемешивании в течение 24 ч, после чего избыток SOCl2 удалили в вакууме. К остатку, представляющему собой 4-хлорметил-2,6,8,10,12-пентанитрогексаазаизовюрцитан (IIIв), прибавили сухой MeCN (8,0 мл), а затем раствор этилендинитрамина (0,250 г, 1,67 ммоль) и Et3N (0,25 мл, 1,80 ммоль) в сухом MeCN (8,0 мл). Полученную реакционную смесь выдержали при 20°С и перемешивании в течение 3 ч и затем вылили в воду (30 мл). Образовавшийся осадок продукта (0,400 г, выход: 57%) отфильтровали, промыли водой (30 мл) и высушили на воздухе. Дополнительное количество продукта (0,170 г, выход: 24%) было выделено с помощью экстракции маточного раствора AcOEt (3×20 мл), с последующим высушиванием экстракта над MgSO4 и удалением растворителя в вакууме. Полученный продукт может быть дополнительно очищен с помощью препаративной хроматографии (при элюировании в системе этилацетат-гексан, 1:1). В результате был получен N-[2-(нитрамино)этил]-N-[(2,6,8,10,12-пентанитро-2,6,8,10,12-гексаазаизовюрцитан-4-ил)метил]нитрамид (Iг) (0,570 г, выход: 81%) в виде бесцветного порошка, разл.. (столик Кофлера, 5°С⋅мин-1): 208°С. Плотность (пикнометр, 30°С): 1,869 г⋅см-3. 1Н ЯМР (300,1 МГц): δ 3,94 и 4,25 (т, JH,Н = 6 Гц, 2Н, СН2цепь), 5,39 (с, 2 Н, NкаркасСН2), 7,01 и 7,97 (д, JH,Н = 8 Гц, 2Н, СН), 8,06 (с, 2Н, СН), 10,87 (уш. с, 2Н, NH) м.д. 13С ЯМР (75,5 МГц): δ 43,8 и 50,1 (СН2цепь), 68.5 (NкаркаCH2), 71,5, 74,4 и 77,6 (СН) м.д. 14N ЯМР (30,4 МГц): δ -41 (Δv1/2 = 106 Гц) и -39 (Δv1/2 = 106 Гц) (NNO2каркас), -31 Δv1/2 = 80 Гц) и -28 (Δv1/2 = 47 Гц) (NNO2цепь) м.д. ИК (KBr): v~ 3327 (ср) (NH), 3037 (ср) (СН2), 1619 (оч.с), 1592 (оч.с) и 1574 (оч.с) (асимм. NNO2каркас), 1520 (ср) (асимм. NNO2цепь) 1336 (с), 1274 (оч.с) и 1258 (оч.с) (симм. NNO2) см-1. HRMS (ESI): m/z вычислено для [C9H13N15O14 + Na+]: 578,0659; найдено [М + Na]+: 578,0663.

К раствору N-[2-(нитрамино)этил]-N-[(2,6,8,10,12-пентанитро-2,6,8,10,12-гексаазаизовюрцитан-4-ил)метил]нитрамида (Iг) (0,100 г, 0,180 ммоль) в сухом MeCN (5,0 мл) прибавили MeI (0,02 мл, 0,323 ммоль) и Et3N (0,03 мл, 0,216 ммоль), после чего реакционную смесь выдержали при 20°С и перемешивании в течение 5 дней, и затем разбавили водой (100 мл). Продукт проэкстрагировали AcOEt (3×5 мл), экстракт последовательно промыли насыщенным раствором NaCl (5 мл), 10% водным раствором Na2SO3 (5 мл) и водой (5 мл). После высушивания экстракта над MgSO4 и удаления растворителя в вакууме из остатка с помощью препаративной ТСХ (при элюировании в системе бензол-ацетон, 7:1) был выделен N-[2-(метилнитрамино)этил]-N-[(2,6,8,10,12-пентанитро-2,6,8,10,12-гексаазаизовюрцитан-4-ил)метил)метил]нитрамид (Iд) (0,023 г, выход: 22%) в виде бесцветных кристаллов, разл.. (столик Кофлера, 5°С⋅мин-1): 197°С. Плотность (пикнометр, 31°С): 1,822 г⋅см-3. 1Н ЯМР (600,13 МГц): δ 3,45 (с, 3Н, СН3), 4,24 и 4,32 (т, JH,Н = 5 Гц, 2Н, СН2цепь), 5,40 (с, 2Н, NкаркасCH2), 7,00 и 7,98 (д, JH,Н = 8 Гц, 2Н, СН), 8,06 (с, 2Н, СН) м.д. 13С{1H} ЯМР (150,9 МГц): δ 39,6 (СН3), 49,4 и 51,1 (СН2цепь), 68,4 (NкаркасСН2), 71,4, 74,4 и 77,5 (СН) м.д. 14N ЯМР (43,37 МГц): δ -41 и -38 (Δv1/2 = 128 Гц, NNO2каркас), -30 (Δv1/2 = 62 Гц) и -28 (Δv1/2 = 26 Гц) (NNO2цепь) м.д. 15N ЯМР ([INVGATED], 60,8 МГц): δ -320,0 (NкаркасСН2), -210,5 (NцепьNO2), -199,3 (NкаркасNO2), -196,5 (NцепьNO2), -180,4 и -177,6 (NNO2каркас), -40,8, -39,9 и -37,4 (NNO2каркас), -30,2 и -27,3 (NNO2цепь) м.д. ИК (КВт): v~ 3040 (ср) (СН2/СН3), 1607 (с), 1587 (оч.с) (асимм. NNO2каркас), 1540 (с) и 1510 (с) (асимм. NNO2цепь), 1331 (с), 1282 (оч.с) и 1260 (оч.с) (симм. NNO2) см-1. HRMS (ESI): m/z вычислено для [C10H15N15O14 + Na+]: 592,0815; найдено [М + Na]+: 592,0814.

1. Нитраминопроизводные 2,6,8,10,12-пентанитро-2,6,8,10,12-гексаазаизовюрцитана общей формулы:

R = Н (Iа), СН3 (Iб), (Iв), (CH2)2NHNO2 (Iг), (CH2)2N(NO2)CH3 (Iд).

2. Нитраминопроизводные 2,6,8,10,12-пентанитро-2,6,8,10,12-гексаазаизовюрцитана общей формулы I по п. 1 в качестве высокоэнергетических компонентов смесевых твердых ракетных топлив.

3. Способ получения нитраминопроизводных 2,6,8,10,12-пентанитро-2,6,8,10,12-гексаазаизовюрцитана общей формулы I по п. 1, где R = Н (Ia), R = СН3 (Iб), заключающийся в том, что 2,6,8,10,12-пентанитрогексаазаизовюрцитан подвергают обработке формальдегидом в среде хлорангидрида кислоты, с последующим взаимодействием образующегося 4-хлорметил-2,6,8,10,12-пентанитрогексаазаизовюрцитана с нитроуретаном в среде полярного апротонного органического растворителя в присутствии третичного амина, полученный при этом этилнитро[(2,6,8,10,12-пентанитро-2,4,6,8,10,12-гексаазаизовюрцитан-4-ил)метиил]карбамат подвергают взаимодействию с аммиаком в среде полярного органического растворителя, образующийся в результате N-[(2,6,8,10,12-пентанитро-2,4,6,8,10,12-гексаазаизовюрцитан-4-ил)метил]нитрамид (Iа) выделяют, далее при необходимости соединение Iа подвергают взаимодействию с метилирующим реагентом в среде полярного апротонного органического растворителя в присутствии третичного амина с последующим выделением образующегося при этом N-метил-N-[(2,6,8,10,12-пентанитро-2,4,6,8,10,12-гексаазаизовюрцитан-4-ил)метил]нитрамида (Iб).

4. Способ получения нитраминопроизводных 2,6,8,10,12-пентанитро-2,6,8,10,12-гексаазаизовюрцитана общей формулы I по п. 1, где R = Н (Ia), R = (Iв), заключающийся в том, что 2,6,8,10,12-пентанитрогексаазаизовюрцитан подвергают обработке формальдегидом в среде хлорангидрида кислоты, с последующим взаимодействием образующегося 4-хлорметил-2,6,8,10,12-пентанитрогексаазаизовюрцитана с нитроуретаном в среде полярного апротонного органического растворителя в присутствии третичного амина, полученный при этом этилнитро[(2,6,8,10,12-пентанитро-2,4,6,8,10,12-гексаазаизовюрцитан-4-ил)метиил]карбамат подвергают взаимодействию с аммиаком в среде полярного органического растворителя, образующийся в результате N-[(2,6,8,10,12-пентанитро-2,4,6,8,10,12-гексаазаизовюрцитан-4-ил)метил]нитрамид (Iа) выделяют, далее при необходимости соединение Iа подвергают взаимодействию с 4-хлорметил-2,6,8,10,12-пентанитрогексаазаизовюрцитаном, полученным обработкой 2,6,8,10,12-пентанитрогексаазаизовюрцитана формальдегидом и хлорангидридом кислоты, в среде полярного апротонного органического растворителя в присутствии третичного амина с последующим выделением образующегося при этом N,N'-бис[(2,6,8,10,12-пентанитро-2,4,6,8,10,12-гексаазаизовюрцитан-4-ил)метил]нитрамида (Iв).

5. Способ получения нитраминопроизводных 2,6,8,10,12-пентанитро-2,6,8,10,12-гексаазаизовюрцитана общей формулы I по п. 1, где R = (CH2)2NHNO2 (Iг), R = (CH2)2N(NO2)CH3 (Iд), заключающийся в том, что 2,6,8,10,12-пентанитрогексаазаизовюрцитан подвергают обработке формальдегидом в среде хлорангидрида кислоты, с последующим взаимодействием образующегося 4-хлорметил-2,6,8,10,12-пентанитрогексаазаизовюрцитана с этилендинитрамином в среде полярного апротонного органического растворителя в присутствии третичного амина, образующийся в результате N-[2-(нитрамино)этил]-N-[(2,6,8,10,12-пентанитро-2,6,8,10,12-гексаазаизовюрцитан-4-ил)метил]нитрамид (Iг) выделяют, далее при необходимости соединение Iг подвергают взаимодействию с метилирующим реагентом в среде полярного апротонного органического растворителя в присутствии третичного амина с последующим выделением образующегося при этом N-[2-(метилнитрамино)этил]-N-[(2,6,8,10,12-пентанитро-2,6,8,10,12-гексаазаизовюрцитан-4-ил)метил)метил]нитрамида (Iд).



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к топливно-энергетической промышленности, а именно, к топливным угольным смесям. Предложена топливная композиция, состоящая из смеси шихты и катализатора, причем катализатор и шихта взяты в массовом соотношении 1:100, где шихта содержит материал углеродосодержащий в виде сыпучего порошкообразного графита искусственного с размерным рядом 0-2 мм, с содержанием влаги не более 10%, с содержанием углерода не менее 60%, с содержанием серы не более 1,5%, зольностью не более 40% и низшей теплотой сгорания Qi r> 5700 ккал/кг, шламоконцентрат, шлам, штыб, и угольную пыль с размером частиц 0-0,1мм, при следующем содержании, мас.%: материал углеродосодержащий от 10 до 50% и шламоконцентрат, шлам, штыб, угольная пыль остальное до 100%.

Изобретение может быть использовано для газогенераторов, в том числе оперативного действия. Аэрозолеобразующее топливо для объемного пожаротушения в качестве окислителя содержит нитрат калия или его смесь с перхлоратом калия при их отношении 1,66-6,81, связующее - фенолформальдегидную смолу, ФФС, пластифицированную дибутилфталатом, ДБФ, при отношении ФФС к ДБФ = 1,5-4, фторопласт-4, создающий при вальцевании объемно-структурирующую сетку для улучшения механических и технологических свойств, технологические добавки - стеараты кальция и цинка, многофункциональный наполнитель - хлорид калия, модификатор горения - салицилат меди основной или в сочетании с сажей или углеродными нанотрубками, повышающий устойчивость и скорость горения, уменьшающий зависимость ее от давления в интервале 0,1-2 МПа.

Изобретение относится к области газообразных углеводородных топлив. Описывается транспортабельная горючая газообразная суспензия, включающая негорючий газообразный носитель и частицы твердого топлива, суспендированные в газообразном носителе, причем частицы твердого топлива состоят из частиц образованного из угля твердого углеродсодержащего материала, имеющих размер частиц менее 40 мкм.
Изобретение раскрывает способ производства изделия для растопки, характеризующийся тем, что изготовленная на станках деревянная стружка из брусьев, досок, бревен подается на производственную линию, где ее разделяют на части и формируют заготовки, которые помещают в ванную с парафином при температуре +65°С на 30 с, далее заготовку помещают на пресс-отжим, где ей придают форму уже готового изделия, при этом изделие охлаждают в прессе до комнатной температуры для того, чтобы парафин принял конечную форму, после чего изделие упаковывают.
Изобретение раскрывает способ получения бездымного бытового топлива, включающий смешение исходных компонентов - углеродсодержащего материала, в качестве которого используют мелочь коксовую марки МК-1, получаемую посредством среднетемпературной карбонизации бурого угля, органического связующего, выбранного из муки злаковых культур, крахмала или патоки свекловичной, минеральной добавки, в качестве которой используют глину - алевролит или бентонит, и воды, с последующим прессованием брикетной смеси в брикеты и сушкой, характеризующийся тем, что исходные компоненты смешивают в следующем количестве, мас.%: углеродсодержащий материал не менее 50,0; органическое связующее 5,0-30,0; минеральная добавка не более 0,5; вода - остальное.

Топливный брикет в качестве средства для розжига, содержащий материал для горения и смесь парафиновых масел для поддержания горения, отличающийся тем, что брикет выполнен в виде прямоугольного блока из материала для горения, выполненного из гофрокартона, сформированного из не менее 10 склеенных между собой полос длиной 50-300 мм, шириной 10-50 мм, причем направление гофра параллельно короткой стороне полосы гофрокартона, при этом блок пропитан смесью парафиновых масел и защищен герметичной полимерной пленкой.

Изобретение относится к области охраны окружающей среды и ресурсосбережению. Предложен способ получения твердого биотоплива из растительного сырья с использованием термоустановки, в котором с целью повышения эффективности прилипания листьев к мелкой древесине поддерживают их в массовом соотношении 1:2 и выдерживают в термоустановке температуру в пределах 80-100°С.
Изобретение относится к области технологии получения брикетов из углеродного материала, применяемых в качестве восстановителя для получения технического кремния и других металлургических процессов. Изобретение касается брикетированного углеродного восстановителя на основе углеродного материала и связующего для производства технического кремния, в котором в качестве углеродного материала используют коксовую мелочь бурого угля с фракционным составом 0-10 мм, а в качестве связующего используют 3-10%-ный водный раствор щелочи и патоку и/или пиролизную жидкость с коксовым остатком не менее 7 мас.% при следующем соотношении компонентов, мас.

Изобретение описывает топливо, содержащее твердый компонент и окислитель, характеризующееся тем, что в качестве твердого компонента используется ультрадисперсный порошок углерода, а в качестве окислителя - жидкий оксид диазота при соотношении, мас.%: порошок углерода 12,0, оксид диазота 88,0. Технический результат заключается в снижении выбросов углекислого газа за счет того, что при сжигании не используется кислород.

Настоящее изобретение относится к способу производства топливных брикетов, включающему измельчение, сушку, дозирование, подачу, смешивание со связующим веществом с увлажнением, прессование, брикетирование изготовленных изделий на основе смеси соломенной резки с древесными опилками, при этом в качестве связующего вещества используют соломенную муку с фракцией до 1 мм и используют соломенную резку с размером частиц длиной до 150 мм, а древесные опилки - размером до 50 мм; при следующем соотношении компонентов, мас.%: соломенная резка 40-43%; древесные опилки 40-43%; соломенная мука 10-15%; вода остальное, при этом прессование осуществляют при давлении не более 50 кПа.

Изобретение относится к новому химическому веществу - 4-(3,4-дибромтиофенкарбонил)-2,6,8,10,12-пентаацетил-2,4,6,8,10,12 гексаазаизовюрцитану (I), а также к способу его получения, который заключается в ацилировании 4-(3,4-дибромтиофенкарбонил)-2,6,8,12-тетраацетил-2,4,6,8,10,12-гексаазаизовюрцитана ацетилхлоридом.
Наверх