Elaborating NH-Bridged Nitrogen-Rich Energetic Materials via Base-Mediated Dimroth Rearrangement: Synthesis, Characterization, and Performance Study

化学 表征(材料科学) 基础(拓扑) 氮气 高能材料 药物化学 立体化学 有机化学 纳米技术 数学分析 材料科学 数学 爆炸物
作者
Manojkumar Jujam,Vikas D. Ghule,Srinivas Dharavath
出处
期刊:Journal of Organic Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:89 (11): 8192-8200 被引量:19
标识
DOI:10.1021/acs.joc.4c01063
摘要

The pursuit of heat-resistant energetic materials featuring high thermostability and energy has gained keen interest in recent years owing to their use in coal mining and aerospace domains. In this study, we synthesized 4-((4,6-diamino-1,3,5-triazin-2-yl) amino)-1H-1,2,3-triazole-5-carbonitrile (6) and its perchlorate and nitrate energetic salts (6a and 6b) by incorporating amino bridging (-NH-) using the Dimroth rearrangement (DR) from inexpensive starting materials as a heat-resistant energetic materials. All of the compounds were thoroughly characterized by infrared (IR), NMR, elemental analysis (EA), high-resolution mass spectrometry (HRMS), and thermogravimetric analysis-differential scanning calorimetry (TGA-DSC) studies. Compounds 6a and 6b showed good densities (1.81 and 1.80 g cm-3), detonation performance (VOD = 7505 and 8257 m s-1, DP = 23.47 and 24.41 GPa), insensitivity to mechanical stimuli (IS = 40 J and FS = >360 N), and excellent thermal stability (Td = 307 and 334 °C), surpassing presently used heat-resistant explosive HNS (318 °C). The molecular electrostatic potentials and noncovalent interactions were pursued to understand possible interaction sites and structure-directing interactions in these salts. Their facile synthetic approach, good energetic performance, and outstanding thermal stability indicate that they are the ideal combination for replacing current benchmark heat-resistant explosive HNS. Additionally, this study highlights the use of classical DR for making new energetic materials with fine-tuned properties.
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