本發(fā)明屬于含能材料，具體涉及一種3,3-二(4-硝基呋咱-3-氧甲基)氧雜環(huán)丁烷及其合成方法。

背景技術(shù)：

1、高精尖彈藥在反恐戰(zhàn)爭(zhēng)中表現(xiàn)出的的效能有目共睹，但是，如果大量使用高精尖彈藥，就需要驚人的彈藥量，但是，分工越來(lái)越細(xì)的彈藥在和平時(shí)期需求不足，無(wú)法支撐足夠的產(chǎn)能，難以應(yīng)對(duì)突如其來(lái)的巨大需求，針對(duì)這一問(wèn)題，模塊化含能材料應(yīng)運(yùn)而生。模塊化含能材料是指建立在標(biāo)準(zhǔn)化基礎(chǔ)之上的可批量生產(chǎn)、系列制造的含能材料，可通過(guò)不同形式的加工方式與其他單元組成產(chǎn)品，具有相對(duì)獨(dú)立的功能，且可分解組合、通用互換?；谀K化的含能材料設(shè)計(jì)，定制以及合成的研究近來(lái)得到了人們的重視。

2、力學(xué)性能優(yōu)良的氧雜環(huán)丁烷聚合物與穩(wěn)定的呋咱基含能基團(tuán)均十分契合模塊化含能材料的應(yīng)用需求。3,3-二(4-硝基呋咱-3-氧甲基)氧雜環(huán)丁烷含能單體含有呋咱基團(tuán)與氧雜環(huán)丁烷基體，具有較高的能量密度，且含有氧雜環(huán)丁烷基體，能夠聚合作為含能聚合物使用有作為多功能模塊化含能材料的應(yīng)用前景，現(xiàn)有的制備路線以季戊四醇為原料合成3,3-二(4-硝基呋咱-3-氧甲基)氧雜環(huán)丁烷，合成路線長(zhǎng)，且第一步取代反應(yīng)中涉及四種副產(chǎn)物的篩分純化，第二步環(huán)化反應(yīng)中涉及腐蝕性強(qiáng)酸三氟甲磺酸和腐蝕性強(qiáng)堿dbu，經(jīng)試驗(yàn)重現(xiàn)發(fā)現(xiàn)，該路線操作步驟繁瑣，環(huán)境污染嚴(yán)重，且有機(jī)強(qiáng)堿dbu的存在使得硝基極易水解，產(chǎn)率低下，難以實(shí)際應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明的目的在于，提供一種3,3-二(4-硝基呋咱-3-氧甲基)氧雜環(huán)丁烷及其合成方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中的存在的3,3-二(4-硝基呋咱-3-氧甲基)氧雜環(huán)丁烷制備步驟繁瑣且操作復(fù)雜的技術(shù)問(wèn)題。

2、為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：

3、一種3,3-二(4-硝基呋咱-3-氧甲基)氧雜環(huán)丁烷的合成方法，該方法包括將3-硝基-4-羥基呋咱、3,3-二溴甲基氧雜環(huán)丁烷、堿性供體和相轉(zhuǎn)移催化劑加入極性非質(zhì)子溶劑中，在60～100℃下攪拌反應(yīng)0.5～4h，然后經(jīng)萃取、水洗、干燥、過(guò)濾、蒸干溶劑和重結(jié)晶，即得。

4、本發(fā)明還具有以下技術(shù)特征：

5、具體的，所述的堿性供體包括無(wú)水碳酸鉀、碳酸銫和氫氧化鐵。

6、更進(jìn)一步的，所述的相轉(zhuǎn)移催化劑包括四丁基溴化銨、芐基三乙基氯化銨、甲基三烷基氯化銨和18-冠醚-6。

7、更進(jìn)一步的，所述極性非質(zhì)子溶劑包括dmf、mecn、acetone和dmso。

8、更進(jìn)一步的，所述的3,3-二溴甲基氧雜環(huán)丁烷與3-硝基-4-羥基呋咱的摩爾比為1:(2～3.5)。

9、更進(jìn)一步的，3-硝基-4-羥基呋咱與堿性供體的摩爾比為1:(1.5～3)。

10、更進(jìn)一步的，所述的極性非質(zhì)子溶劑為dmf，所述的堿性供體為無(wú)水碳酸鉀，所述的相轉(zhuǎn)移催化劑為18-冠醚-6。

11、更進(jìn)一步的，包括將0.02mol的3-硝基-4-羥基呋咱、0.01mol的3,3-二溴甲基氧雜環(huán)丁烷、0.02mol的無(wú)水碳酸鈣和0.0002mol的18-冠醚-6加入dmf中，在75℃下攪拌反應(yīng)1.5h，然后經(jīng)萃取、水洗、干燥、過(guò)濾、蒸干溶劑和重結(jié)晶，即得。

12、如上所述的合成方法制得的3,3-二(4-硝基呋咱-3-氧甲基)氧雜環(huán)丁烷。

13、作為優(yōu)選，所述3,3-二(4-硝基呋咱-3-氧甲基)氧雜環(huán)丁烷的純度大于等于98％。

14、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下技術(shù)效果：

15、(ⅰ)本發(fā)明以易于獲得的3-硝基-4-羥基呋咱和市售3,3-二溴甲基氧雜環(huán)丁烷為原料，在廉價(jià)環(huán)保的堿性體系下、在溶劑中“一鍋煮”進(jìn)行取代反應(yīng)即可得到3,3-二(4-硝基呋咱-3-氧甲基)氧雜環(huán)丁烷；具有反應(yīng)原料易得，反應(yīng)步驟簡(jiǎn)便，對(duì)環(huán)境污染小，可連續(xù)化操作的優(yōu)點(diǎn)。

16、(2)本發(fā)明的合成方法通過(guò)控制反應(yīng)條件能夠經(jīng)一步反應(yīng)完全轉(zhuǎn)化為雙取代產(chǎn)物，純度較高，反應(yīng)時(shí)間較短，重結(jié)晶后可直接得到純度不小于98％的3,3-二(4-硝基呋咱-3-氧甲基)氧雜環(huán)丁烷產(chǎn)品；反應(yīng)路線更為高效便捷，后處理也更為容易，便于工業(yè)化連續(xù)生產(chǎn)。

17、以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的具體內(nèi)容作進(jìn)一步詳細(xì)解釋說(shuō)明。

技術(shù)特征：

1.一種3,3-二(4-硝基呋咱-3-氧甲基)氧雜環(huán)丁烷的合成方法，其特征在于，該方法包括將3-硝基-4-羥基呋咱、3,3-二溴甲基氧雜環(huán)丁烷、堿性供體和相轉(zhuǎn)移催化劑加入極性非質(zhì)子溶劑中，在60～100℃下攪拌反應(yīng)0.5～4h，然后經(jīng)萃取、水洗、干燥、過(guò)濾、蒸干溶劑和重結(jié)晶，即得。

2.如權(quán)利要求1所述的合成方法，其特征在于，所述的堿性供體包括無(wú)水碳酸鉀、碳酸銫和氫氧化鐵。

3.如權(quán)利要求1所述的合成方法，其特征在于，所述的相轉(zhuǎn)移催化劑包括四丁基溴化銨、芐基三乙基氯化銨、甲基三烷基氯化銨和18-冠醚-6。

4.如權(quán)利要求1所述的合成方法，其特征在于，所述極性非質(zhì)子溶劑包括dmf、mecn、acetone和dmso。

5.如權(quán)利要求1所述的合成方法，其特征在于，所述的3,3-二溴甲基氧雜環(huán)丁烷與3-硝基-4-羥基呋咱的摩爾比為1:(2～3.5)。

6.如權(quán)利要求1所述的合成方法，其特征在于，3-硝基-4-羥基呋咱與堿性供體的摩爾比為1:(1.5～3)。

7.如權(quán)利要求1所述的合成方法，其特征在于，所述的極性非質(zhì)子溶劑為dmf，所述的堿性供體為無(wú)水碳酸鉀，所述的相轉(zhuǎn)移催化劑為18-冠醚-6。

8.如權(quán)利要求1所述的合成方法，其特征在于，包括將0.02mol的3-硝基-4-羥基呋咱、0.01mol的3,3-二溴甲基氧雜環(huán)丁烷、0.02mol的無(wú)水碳酸鈣和0.0002mol的18-冠醚-6加入dmf中，在75℃下攪拌反應(yīng)1.5h，然后經(jīng)萃取、水洗、干燥、過(guò)濾、蒸干溶劑和重結(jié)晶，即得。

9.如權(quán)利要求1至權(quán)利要求8其中任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的合成方法制得的3,3-二(4-硝基呋咱-3-氧甲基)氧雜環(huán)丁烷。

10.如權(quán)利要求9所述的如權(quán)利要求1所述的3,3-二(4-硝基呋咱-3-氧甲基)氧雜環(huán)丁烷，其特征在于，所述3,3-二(4-硝基呋咱-3-氧甲基)氧雜環(huán)丁烷的純度大于等于98％。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供一種3,3?二(4?硝基呋咱?3?氧甲基)氧雜環(huán)丁烷的合成方法，包括將3?硝基?4?羥基呋咱、3,3?二溴甲基氧雜環(huán)丁烷、堿性供體和相轉(zhuǎn)移催化劑加入極性非質(zhì)子溶劑中，在60～100℃下攪拌反應(yīng)0.5～4h，然后經(jīng)萃取、水洗、干燥、過(guò)濾、蒸干溶劑和重結(jié)晶，即得。本發(fā)明以3?硝基?4?羥基呋咱和3,3?二溴甲基氧雜環(huán)丁烷為原料，在堿性體系下通過(guò)“一鍋煮”進(jìn)行取代反應(yīng)即可得到3,3?二(4?硝基呋咱?3?氧甲基)氧雜環(huán)丁烷；具有反應(yīng)原料易得，反應(yīng)步驟簡(jiǎn)便，對(duì)環(huán)境污染小，可連續(xù)化操作的優(yōu)點(diǎn)；通過(guò)控制反應(yīng)條件能夠經(jīng)一步反應(yīng)完全轉(zhuǎn)化為雙取代產(chǎn)物，純度較高，反應(yīng)時(shí)間較短，重結(jié)晶后可直接得到純度不小于98％的產(chǎn)品；反應(yīng)路線更為高效便捷，便于工業(yè)化連續(xù)生產(chǎn)。

技術(shù)研發(fā)人員：溫昱佳,劉寧,文琳元,王伯周,譚博軍,盧先明,竇金康,徐明輝
受保護(hù)的技術(shù)使用者：西安近代化學(xué)研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15