3,3'-二氨基-2,2',4,4',6,6'-六硝基聯苯

化合物

3,3'-二氨基-2,2',4,4',6,6'-六硝基聯苯(代號:DIPAM)是一種聯苯型耐熱炸藥,可用於裝填導爆索和切割索,是美軍的許用傳爆藥之一,目前關於該藥的信息主要來自美國海軍部下屬機構的早期實驗。

3,3'-二氨基-2,2',4,4',6,6'-六硝基聯苯
IUPAC名
3-(3-amino-2,4,6-trinitrophenyl)-2,4,6-trinitroaniline
3,3'-二氨基-2,2',4,4',6,6'-六硝基聯苯
別名 DIPAM
六硝基聯苯胺
二苦胺[1]
識別
CAS號 17215-44-0  checkY
PubChem 87004
ChemSpider 78479
SMILES
 
  • C1=C(C(=C(C(=C1[N+](=O)[O-])N)[N+](=O)[O-])C2=C(C(=C(C=C2[N+](=O)[O-])[N+](=O)[O-])N)[N+](=O)[O-])[N+](=O)[O-]
InChI
 
  • 1S/C12H6N8O12/c13-9-5(17(25)26)1-3(15(21)22)7(11(9)19(29)30)8-4(16(23)24)2-6(18(27)28)10(14)12(8)20(31)32/h1-2H,13-14H2
InChIKey QTYYIZYAWHBAHQ-UHFFFAOYSA-N
性質
化學式 C12H6N8O12
摩爾質量 454.22 g·mol⁻¹
外觀 黃色針狀晶體[2]
密度 1.79g/cm3[2]
熔點 306°C[2]
溶解性 不溶於甲苯二甲苯[3]
微溶於氯仿
溶於丙酮二甲基甲酰胺二甲基亞碸硝酸[1]
熱力學[2]
ΔfHm298K -28.45kJ·mol-1
ΔcHm -5551.3kJ·mol-1
爆炸性[2]
爆速 7490m/s(1.79g/cm3
若非註明,所有數據均出自標準狀態(25 ℃,100 kPa)下。

物理性質

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DIPAM晶體屬單斜晶系,β=95°3'。通過丙酮-乙醇溶劑體系重結晶製得的DIPAM粒徑一般為10至30微米,散裝密度[註 1]為0.26至0.5g/ml,加速濃縮可進一步降低粒徑和散裝密度,但會造成產品流散性下降,進而導致小口徑容器裝填困難並引發揚塵問題[4]

DIPAM在丙酮、四氫呋喃1,4-二噁烷硝基苯二甲基甲酰胺中的溶解度依次遞增。使用上述溶劑重結晶得到的產品一般為細針狀或薄片狀結晶,產率較低且真空安定性存在缺陷。使用四氫呋喃與甲苯四氯化碳二甲苯或硝基苯組成二元體系,或是採用丙酮-乙酸、丙酮-四氯化碳、二噁烷-甲苯、二噁烷-二甲苯二元體系進行重結晶操作則能得到較大的柱狀結晶,散裝密度可達0.77g/ml[4]

DIPAM熱穩定性能較好,其在210°C環境下放置48小時無失重,在290°C環境下依然能夠較穩定工作[3]。相較於TATBHNS等常用耐熱炸藥,DIPAM在較高溫度下表現出特殊性質,其熱穩定性能在藥塊體積較小或封閉環境下表現更佳,但該特性的成因尚無定論[5]

製備工藝

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DIPAM可通過多種方法製得,但每種方法均存在一定缺陷[6][7]

第一種方法以間溴甲苯為原料,經硝硫混酸處理以在苯環上取代上三個硝基,該步驟產率約為86%。隨後加入活性粉進行烏爾曼反應形成聯苯結構,經重結晶處理後產率約為77%。在提純後的產物中加入重鉻酸鈉硫酸硝酸,可使苯環上的甲基轉化為羥基,產率約為75%。再將產物與吡啶及過量三氯氧磷反應,以88%收率獲得二氯六硝基聯苯,最終在10°C下加入乙醇溶液反應,經丙酮-乙醇溶劑重結晶,即可製得DIPAM,全流程產率約為39.4%[6][7]

 

第二種方法以3-溴苯胺俄語3-броманилин為原料,與氯甲酸甲酯碳酸鈉反應以將酯基結構引入氨基,產率約為82%。隨後通入硝硫混酸引入硝基,再在150°C下加入活性銅粉發生烏爾曼反應得到聯苯結構,最終加入硫酸水解得到DIPAM。該方法在烏爾曼反應步驟存在缺陷,容易發生副反應並生成大量其他物質[7]

 

第三種方法以3-氨基苯甲醚英語m-Anisidine為原料,經桑德邁爾反應得到3-溴苯甲醚維基數據所列Q27269080,產率約為75%。隨後加入硝硫混酸以引入3個硝基,產率約為74%,如進行重結晶則產率上升至88%。之後再進行烏爾曼反應及氨化操作即可得到DIPAM,兩步產率分別為78%和91%。相較於其他2種方法,該流程產率較高且產品純淨,是DIPAM的主流製備方法[7]

 

爆炸性能

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DIPAM的氧平衡為-52.84%,屬負氧平衡炸藥[註 2]。其爆熱為5900kJ/kg,爆壓24.2GPa,密度1.79g/cm3時爆速7490m/s[1][2]

應用

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DIPAM曾用於裝填F-15戰鬥機F-111戰鬥轟炸機所用逃生部件的導爆索,在後續測試中,該藥表現出良好的熱穩定性和長貯安定性[註 3],被認為可適當增加服役期限和儲存壽命[8]。此外,在50小時高溫環境測試中,裝填DIPAM的導爆索耐熱性能明顯優於裝填HNS的導爆索[9]

註釋

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  1. ^ 即單位溶劑中所含DIPAM質量。
  2. ^ 即炸藥分子中元素無法完全氧化其他元素,表現為爆炸放熱低於燃燒熱
  3. ^ 即裝填DIPAM的部件在長時間儲存或服役後性能無明顯變化。

參考文獻

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  1. ^ 1.0 1.1 1.2 田德余; 趙鳳起; 劉劍洪 2011,第358-359頁.
  2. ^ 2.0 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 Koch 2021,第257頁.
  3. ^ 3.0 3.1 韋愛勇 2014,第50頁.
  4. ^ 4.0 4.1 Oesterling, R.E.; Dacons, J.C. Heat Resistant Explosives XVIII. Recrystallization Techniques for Dipam (報告). Defense Technical Information Center. 1964. doi:10.21236/ad0354119 (英語). 
  5. ^ Simmons, Herbert T. Heat Resistant Explosives. XXI. The thermal stability of DIPAM, 3,3'-Diamino-2,2',4,4;,6,6;-Hexanitrobiphenyl (報告). Defense Technical Information Center. 1965. doi:10.21236/ad0370578 (英語). 
  6. ^ 6.0 6.1 Dacons, Joseph C.; Adolph, Horst G.; Kamlet, Mortimer J. Heat Resistant Explosives. XIII. Preparation and Properties of 3,3'- Diamino-2,2',4,4',6,6'- Hexanitrobiphenyl (DIPAM) (報告). Defense Technical Information Center. 1962. doi:10.21236/ad0331346 (英語). 
  7. ^ 7.0 7.1 7.2 7.3 Oesterling, Robert E.; Dacons, Joseph C.; Kaplan, Lloyd A. Heat Resistant Explosives. XV. Alternate Synthetic Routes to 3,3'-Diamino-2,2',4,4',6,6'-hexanitrobiphenyl, DIPAM (報告). Defense Technical Information Center. 1962. doi:10.21236/ad0334076 (英語). 
  8. ^ Kayser, Eleonore G. Chemical and photographic evaluation of rigid explosive transfer lines. Journal of Hazardous Materials. 1986, 13 (1): 39–50. ISSN 0304-3894. doi:10.1016/0304-3894(86)80004-8 (英語). 
  9. ^ Bement, L. J.; Kayser, E. G.; Schimmel, M. L. Service life evaluation of rigid explosive transfer lines (報告). NASA Technical Reports. 1983 (英語). 

參考書籍

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  • Koch, Ernst-Christian. High Explosives, Propellants, Pyrotechnics 1st English Edition. Berlin/Boston: Walter de Gruyter GmbH. 2021. ISBN 978-3-11-066052-4 (英語). 
  • 韋愛勇. 单质与混合火工药剂. 哈爾濱: 哈爾濱工程大學出版社. 2014. ISBN 978-7-5661-0750-3 (中文(簡體)). 
  • 田德余; 趙鳳起; 劉劍洪. 含能材料及相关物手册. 北京: 國防工業出版社. 2011. ISBN 978-7-118-07785-8 (中文(簡體)).