八硝基立方烷
八硝基立方烷(英文:Octanitrocubane,ONC)是一種新型高能炸藥,分子式為C8(NO2)8,由立方烷的氫全部被硝基取代製得。它與三硝基甲苯類似,對震動的敏感度比較低,甚至用錘子砸也不會爆炸。
八硝基立方烷 | |||
---|---|---|---|
| |||
IUPAC名 Octanitrocubane | |||
識別 | |||
CAS號 | 99393-63-2 | ||
PubChem | 11762357 | ||
ChemSpider | 9937054 | ||
SMILES |
| ||
InChI |
| ||
InChIKey | URIPDZQYLPQBMG-UHFFFAOYAW | ||
性質 | |||
化學式 | C8N8O16 | ||
莫耳質量 | 464.13 g·mol⁻¹ | ||
密度 | 1.98 g/cm3 | ||
爆炸性 | |||
撞擊感度 | 低 | ||
摩擦感度 | 低 | ||
爆速 | 10,100 m/s | ||
相對當量係數 | 2.7 | ||
相關物質 | |||
相關化學品 | 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) 六硝基六氮雜異伍茲烷 | ||
若非註明,所有數據均出自標準狀態(25 ℃,100 kPa)下。 |
八硝基立方烷中存在張力,碳-碳鍵的鍵角為90°,與sp3雜化碳原子的109°28'相差很大;分解產物也是很穩定的二氧化碳和氮氣,因此八硝基立方烷的爆炸性非常強,是性能最強的幾種炸藥之一。它比奧克托今(HMX)的威力大20-25%。
- C8(NO2)8 → 8CO2 + 4N2
八硝基立方烷與其分解產物都是無毒的。反應中不產生水,因此基本上不會有煙霧產生。
製備
八硝基立方烷首先由芝加哥大學的菲利普·伊頓與留美化學家Mao-Xi Zhang在1999年合成,結構由美國海軍研究實驗室的理察·希拉爾迪用X射線晶體學分析獲得。[1][2] 其合成方法非常繁瑣,條件苛刻,產率也不高,光是立方烷的合成就需要至少十步,因此基本上只限於實驗室合成,可以取得的量也非常少。[3]
由2-環戊烯酮合成到立方烷的過程 | 描述 |
---|---|
第一部分:合成前體2-溴代環戊二烯酮 | |
第二部分:合成立方烷 |
合成八硝基立方烷時,需要合成的前體是四硝基立方烷(TNC),同樣具有很強的爆炸性。四硝基立方烷首先在1993年合成,[6] 但路線比較繁冗。上圖畫出的是1997年的改進法。首先立方烷甲酸分別與氯化亞碸及光氣在光照下作用,發生立方體中四面體四個頂點碳的氯羰基化,生成四醯氯衍生物。[7][8] 然後與疊氮三甲基矽烷發生Curtius重排反應生成異氰酸酯,再用二甲基雙環氧乙烷氧化,得到四硝基立方烷。[9]
受硝基吸電子效應的影響,四硝基立方烷具有非常強的酸性,大約是立方烷的1020倍。因此它與雙(三甲矽基)氨基鈉反應可被脫去質子,生成頂點碳的碳負離子,再用四氧化二氮硝化,便可獲得五硝基取代物。[6] 接下來繼續用該法硝化,可以依次獲得六硝基立方烷、七硝基立方烷。
最後的一步需要用到雙(三甲矽基)氨基鋰作鹼性試劑,並用亞硝醯氯硝化,臭氧處理,得到八硝基立方烷,產率為55%。[10]
八硝基立方烷可能可以由目前仍未發現、應該很不穩定的二硝基乙炔的四聚產生。[11]
參見
參考資料
- ^ 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.
- ^ 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.
- ^ Astakhov AM, Stepanov RS, Babushkin AY (1998). "On the detonation parameters of octanitrocubane". Compustion Explosion and Schock Waves 34 (1): 85–87.
- ^ Design and Synthesis of Explosives: Polynitrocubanes and High Nitrogen Heterocycles[永久失效連結]. Retrieved on July 4, 2008.
- ^ The Cubane System Philip E. Eaton and Thomas W. Cole J. Am. Chem. Soc.; 1964; 86(5) pp 962 - 964; doi:10.1021/ja01059a072
- ^ 6.0 6.1 Eaton, P. E.; Xiong, Y.; Gilardi, R. J. Am. Chem. Soc. 1993, 115, 10195-10202
- ^ Brown, H. C.; Kharasch, M.S. J. Am. Chem. Soc. 1942, 64, 329-333.
- ^ Bashir-Hashemi, A. Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 1993, 32, 612-613.
- ^ Eaton, P. E.; Wicks, G. E., J. Org. Chem., 1988, 53, 5353-5355.
- ^ Zhang, M.; Eaton, P. E.; Gilardi, R. Angew. Chem. Int. Ed. 2000, 39, 401-404.
- ^ Politzer, Peter; Lane, Pat; Wiener, John J. Cyclooligomerizations as Possible Routes to Cubane-Like Systems (PDF). 8 June 1999 [2022-03-30]. ASIN B00IT6MGOK. OCLC 227895131. ADA364287. (原始內容 (PDF)存檔於2013-04-13) –透過Defense Technical Information Center.