八硝基立方烷

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八硝基立方烷
IUPAC名
Octanitrocubane
识别
CAS号 99393-63-2
PubChem 11762357
ChemSpider 9937054
SMILES
InChI
InChIKey URIPDZQYLPQBMG-UHFFFAOYAW
性质
化学式 C8N8O16
摩尔质量 464.13 g·mol⁻¹
密度 1.98 g/cm3
爆炸性
撞击感度
摩擦感度
爆速 10,100 m/s
相对当量系数 2.7
相关物质
相关化学品 立方烷
七硝基立方烷
2,4,6-三(三硝基甲基)-1,3,5-三嗪
4,4'-二硝基-3,3'-氧化偶氮呋咱 (DDF)
六硝基六氮杂异伍兹烷
若非注明,所有数据均出自一般条件(25 ℃,100 kPa)下。


八硝基立方烷(英文:Octanitrocubane,ONC)是一种新型高能炸药,分子式为C8(NO2)8,由立方烷的氢全部被硝基取代制得。它与三硝基甲苯类似,对震动的敏感度比较低,甚至用锤子砸也不会爆炸。

八硝基立方烷中存在张力,碳-碳键的键角为90°,与sp3杂化碳原子的109°28'相差很大;分解产物也是很稳定的二氧化碳氮气,因此八硝基立方烷的爆炸性非常强,是性能最强的几种炸药之一。它比奥克托今(HMX)的威力大20-25%。

C8(NO2)8 → 8CO2 + 4N2

八硝基立方烷与其分解产物都是无毒的。反应中不产生水,因此基本上不会有烟雾产生。

八硝基立方烷首先由芝加哥大学菲利普·伊顿与留美化学家Mao-Xi Zhang在1999年合成,结构由美国海军研究实验室的理查德·希拉尔迪用X射线晶体学分析获得。[1][2]合成方法非常烦琐,条件苛刻,产率也不高,光是立方烷的合成就需要至少十步,因此基本上只限于实验室合成,可以取得的量也非常少。[3] 合成方法见下图:[4]

八硝基立方烷的合成

合成八硝基立方烷时,需要合成的前体是四硝基立方烷(TNC),同样具有很强的爆炸性。四硝基立方烷首先在1993年合成,[5] 但路线比较繁冗。上图画出的是1997年的改进法。首先立方烷甲酸分别与氯化亚砜光气光照下作用,发生立方体中四面体四个顶点碳的氯羰基化,生成四酰氯衍生物。[6][7] 然后与叠氮三甲基硅烷发生Curtius重排反应生成异氰酸酯,再用二甲基双环氧乙烷氧化,得到四硝基立方烷[8]

硝基电子效应的影响,四硝基立方烷具有非常强的酸性,大约是立方烷的1020倍。因此它与双(三甲硅基)氨基钠反应可被脱去质子,生成顶点碳的碳负离子,再用四氧化二氮硝化,便可获得五硝基取代物。[5] 接下来继续用该法硝化,可以依次获得六硝基立方烷、七硝基立方烷。

最后的一步需要用到双(三甲硅基)氨基锂性试剂,并用亚硝酰氯硝化,臭氧处理,得到八硝基立方烷,产率为55%。[9]

参见[编辑]

参考资料[编辑]

  1. ^ Mao-Xi Zhang, Philip E. Eaton, Richard Gilardi (2000). "Hepta- and Octanitrocubanes". Angewandte Chemie International Edition 39 (2): 401–404. doi:10.1002/(SICI)1521-3773(20000117)39:2<401::AID-ANIE401>3.0.CO;2-P.
  2. ^ Philip E. Eaton, Mao-Xi Zhang, Richard Gilardi, Nat Gelber, Sury Iyer, Rao Surapaneni (2001). "Octanitrocubane: A New Nitrocarbon". Propellants, Explosives, Pyrotechnics 27 (1): 1–6. doi:10.1002/1521-4087(200203)27:1<1::AID-PREP1>3.0.CO;2-6.
  3. ^ Astakhov AM, Stepanov RS, Babushkin AY (1998). "On the detonation parameters of octanitrocubane". Compustion Explosion and Schock Waves 34 (1): 85–87.
  4. ^ Design and Synthesis of Explosives: Polynitrocubanes and High Nitrogen Heterocycles. Retrieved on July 4, 2008.
  5. ^ 5.0 5.1 Eaton, P. E.; Xiong, Y.; Gilardi, R. J. Am. Chem. Soc. 1993, 115, 10195-10202
  6. ^ Brown, H. C.; Kharasch, M.S. J. Am. Chem. Soc. 1942, 64, 329-333.
  7. ^ Bashir-Hashemi, A. Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 1993, 32, 612-613.
  8. ^ Eaton, P. E.; Wicks, G. E., J. Org. Chem., 1988, 53, 5353-5355.
  9. ^ Zhang, M.; Eaton, P. E.; Gilardi, R. Angew. Chem. Int. Ed. 2000, 39, 401-404.

外部链接[编辑]