專(zhuān)利名稱(chēng)：多硝基的富勒烯基含能材料的合成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于材料化學(xué)領(lǐng)域，特別涉及新型多硝基的富勒烯基含能材料C60(NO2)n的合成方法。
背景技術(shù)：
含能材料的研究是當(dāng)今軍事和空間技術(shù)發(fā)展的重要支撐，研究新型高效的含能材料有著重要的意義，而無(wú)氫含能材料的研究正是其發(fā)展的趨勢(shì)。
C60(NO2)n作為C60的一種硝基衍生物，是一種很有前途的新型含能材料添加劑。
關(guān)于C60(NO2)n的合成，曾報(bào)道過(guò)幾種方法。臺(tái)灣的L.Y.Chiang等人將C60與濃硫酸和硝酸鉀的混合物在95℃下反應(yīng)，也曾將C60與四氟化硼硝鎓離子在脂肪酸或芳香酸存在的條件下室溫反應(yīng)，但上述方法所得C60的硝基衍生物不穩(wěn)定，而且分子中存在其它官能團(tuán)；意大利的F.Cataldo和A.Hamwi也嘗試將C60與四氧化二氮或發(fā)煙硝酸反應(yīng)。而對(duì)C60進(jìn)行硝化的最主要方法是用NO2氣體與C60進(jìn)行反應(yīng)，但這種方法操作繁瑣，鑒定手段復(fù)雜，反應(yīng)條件苛刻，需在絕對(duì)無(wú)水以及惰性氣體的保護(hù)下進(jìn)行，反應(yīng)產(chǎn)物在一定條件下極易轉(zhuǎn)變?yōu)镃60的羥基衍生物。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的反應(yīng)操作復(fù)雜，反應(yīng)條件苛刻，產(chǎn)物不穩(wěn)定等問(wèn)題，提供了一種原料易得，反應(yīng)條件緩和，方法操作簡(jiǎn)便，反應(yīng)時(shí)間短，產(chǎn)物容易處理且產(chǎn)率高，無(wú)需在絕對(duì)無(wú)水和惰性氣體的保護(hù)下進(jìn)行的新型多硝基的富勒烯基含能材料C60(NO2)n的合成方法。
本發(fā)明的多硝基的富勒烯基含能材料C60(NO2)n的合成方法如下所示
C60(NO2)n的合成(n的范圍為2～6，下同)在反應(yīng)容器中，將C60溶于較好溶解C60的芳香有機(jī)溶劑中，其中每50mgC60溶于30～100ml的芳香有機(jī)溶劑中，然后在室溫下加入硝酸汞類(lèi)硝化劑和鹵素類(lèi)催化劑，升溫加熱攪拌反應(yīng)，硝酸汞類(lèi)硝化劑和鹵素類(lèi)催化劑的加入量均為C60摩爾數(shù)的10～100倍，其中硝酸汞類(lèi)硝化劑和鹵素類(lèi)催化劑的摩爾數(shù)相等。待反應(yīng)完全后，冷卻，過(guò)濾除去不溶物，減壓蒸餾濃縮濾液，加入極性較小的有機(jī)溶劑，促使體系析出黃色的固體物質(zhì)，過(guò)濾所得即為目標(biāo)產(chǎn)物C60(NO2)n?？蛇M(jìn)一步對(duì)減壓蒸餾濃縮反應(yīng)液后的濾液再減壓蒸餾，再得到黃色固體物質(zhì)，也是目標(biāo)產(chǎn)物C60(NO2)n。
本發(fā)明的合成方法中所述芳香有機(jī)溶劑為氯苯、甲苯、苯、1，2-二氯苯、1-甲基萘或它們的任意混合物。它們對(duì)C60都有較好的溶解性，使得反應(yīng)能得以很好的進(jìn)行。優(yōu)選氯苯作為溶劑，因?yàn)槁缺綄?duì)C60的溶解性較甲苯和苯好，價(jià)格又較間二氯苯和萘低。以上所述數(shù)種有機(jī)溶劑的量均以每50mg C60加有機(jī)溶劑30～100ml為宜，優(yōu)選30～50ml，這樣既不浪費(fèi)溶劑又能保證完全溶解，使反應(yīng)能較好的進(jìn)行。
所述的硝化劑為硝酸汞、半水硝酸汞、二水硝酸汞或它們的任意混合物。
所述的鹵素為氯氣、溴或碘，優(yōu)選溴，氯氣為氣體，毒性大，較難控制，碘價(jià)格昂貴，溴價(jià)格便宜，本身為液體，易于有機(jī)溶劑形成均一體系，利于反應(yīng)進(jìn)行。
在C60(NO2)n的合成反應(yīng)結(jié)束，將反應(yīng)液濃縮后，向其中所加的極性較小的有機(jī)溶劑為石油醚、正己烷、環(huán)己烷、正庚烷或它們的任意混合物，首選石油醚，因其價(jià)格低廉，成本低，而反應(yīng)效果一樣。
在C60(NO2)n的合成反應(yīng)結(jié)束，向濃縮液中所加的極性較小的有機(jī)溶劑的比例為每10ml的濃縮液加有機(jī)溶劑20～100ml，優(yōu)選40～60ml，這樣既不浪費(fèi)溶劑，而所達(dá)到的效果一樣。
在C60(NO2)n的合成反應(yīng)中，體系的反應(yīng)溫度為40～200℃，優(yōu)選70～150℃，這樣可以縮短反應(yīng)時(shí)間，同時(shí)減少副反應(yīng)的發(fā)生。
在C60(NO2)n的合成反應(yīng)中，反應(yīng)時(shí)間為1～24小時(shí)，優(yōu)選3～8小時(shí)，這樣可以使得反應(yīng)得以完全進(jìn)行，同時(shí)減少副反應(yīng)的發(fā)生。
本發(fā)明提供的C60(NO2)n的合成方法原料易得，條件緩和，操作簡(jiǎn)便，后處理方便，反應(yīng)時(shí)間短，消除了經(jīng)典方法反應(yīng)條件苛刻，需在絕對(duì)無(wú)水以及惰性氣體的保護(hù)下進(jìn)行以及表征困難等缺點(diǎn)。本發(fā)明提供的方法為C60(NO2)n作為新一代的含能材料的合成提供了一種很有優(yōu)勢(shì)的新方法，并為將來(lái)更進(jìn)一步的研究C60(NO2)n作為含能材料提供了基礎(chǔ)。


圖1.本發(fā)明實(shí)施例1的C60(NO2)n基質(zhì)輔助激光解吸飛行時(shí)間質(zhì)譜圖。
具體實(shí)施例方式
下面通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。
實(shí)施例1C60(NO2)n的合成在100ml的反應(yīng)容器中，將50mg C60溶于50ml的氯苯中，攪拌至完全溶解，然后在室溫下加入711mg的硝酸汞和55微升的溴，升溫至130℃，回流攪拌反應(yīng)3小時(shí)。待反應(yīng)完全后，冷卻，過(guò)濾除去不溶物，減壓蒸餾濃縮濾液，加入50ml的60～90℃餾分的石油醚，促使體系析出黃色的固體混合物質(zhì)，過(guò)濾，所得固體混合物質(zhì)即為目標(biāo)產(chǎn)物C60(NO2)n。濾液減壓蒸餾后得到的黃色固體混合物質(zhì)也是目標(biāo)產(chǎn)物C60(NO2)n，n＝2～6，產(chǎn)物的基質(zhì)輔助激光解吸飛行時(shí)間質(zhì)譜圖如附圖1所示。
實(shí)施例2C60(NO2)n的合成在100ml的反應(yīng)容器中，將50mgC60溶于30ml的1，2-二氯苯的混合溶劑中，攪拌至完全溶解，然后在室溫下加入2.872g的硝酸汞和0.220毫升的溴，升溫至180℃，回流攪拌反應(yīng)3小時(shí)。待反應(yīng)完全后，冷卻，過(guò)濾除去不溶物，減壓蒸餾濃縮濾液，加入100ml正庚烷，體系析出黃色的固體混合物質(zhì)，過(guò)濾，固體混合物質(zhì)為目標(biāo)產(chǎn)物C60(NO2)n，濾液減壓蒸餾后得到的黃色固體混合物質(zhì)也是目標(biāo)產(chǎn)物C60(NO2)n，n＝2～6。
實(shí)施例3C60(NO2)n的合成在100ml的反應(yīng)容器中，將50mgC60溶于40ml的氯苯和苯的混合溶劑中，攪拌至完全溶解，然后在室溫下加入300mg的硝酸汞和311mg半水硝酸汞的混合硝化劑和165mg(2.09mmol)的溴，升溫至40℃，回流攪拌反應(yīng)12小時(shí)。待反應(yīng)完全后，冷卻，過(guò)濾除去不溶物，減壓蒸餾濃縮濾液，加入100ml正庚烷，體系析出黃色的固體混合物質(zhì)，過(guò)濾，固體混合物質(zhì)為目標(biāo)產(chǎn)物C60(NO2)n，濾液減壓蒸餾后得到的黃色固體混合物質(zhì)也是目標(biāo)產(chǎn)物C60(NO2)n，n＝2～6。
權(quán)利要求
1.一種多硝基的富勒烯基含能材料的合成方法，其特征是在反應(yīng)容器中，將C60溶于芳香有機(jī)溶劑中，然后在室溫下加入硝酸汞類(lèi)硝化劑和鹵素類(lèi)催化劑，升溫加熱攪拌反應(yīng)，硝酸汞類(lèi)硝化劑和鹵素類(lèi)催化劑的加入量均為C60摩爾數(shù)的10～100倍；待反應(yīng)完全后，冷卻，過(guò)濾除去不溶物，減壓蒸餾濃縮濾液，加入極性較小的有機(jī)溶劑，過(guò)濾析出的固體物質(zhì)，即為目標(biāo)產(chǎn)物C60(NO2)n，其中n為2～6。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所述的C60溶于芳香有機(jī)溶劑中的比例是每50mg C60溶于30～100ml的芳香有機(jī)溶劑中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所述的硝酸汞類(lèi)硝化劑和鹵素類(lèi)催化劑的摩爾數(shù)相等。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是對(duì)減壓蒸餾濃縮反應(yīng)液后的濾液再減壓蒸餾后得到目標(biāo)產(chǎn)物C60(NO2)n，其中n為2～6。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征是所述的芳香有機(jī)溶劑為氯苯、甲苯、苯、1，2-二氯苯、1-甲基萘或它們的任意混合物。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的方法，其特征是所述的硝化劑為硝酸汞、半水硝酸汞、二水硝酸汞或它們的任意混合物。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的方法，其特征是所述的鹵素為氯氣、溴或碘。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所述的向濃縮液中所加的極性較小的有機(jī)溶劑的比例為每10ml的濃縮液加極性較小的有機(jī)溶劑20～100ml。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或8所述的方法，其特征是所述的極性較小的有機(jī)溶劑為石油醚、正己烷、環(huán)己烷、正庚烷或它們的任意混合物。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所述的在C60(NO2)n的合成反應(yīng)中，體系的反應(yīng)溫度為40～200℃，其中n為2～6。
全文摘要
本發(fā)明屬于材料化學(xué)領(lǐng)域，特別涉及新型多硝基的富勒烯基含能材料C
文檔編號(hào)B82B3/00GK1884054SQ20051001196
公開(kāi)日2006年12月27日 申請(qǐng)日期2005年6月20日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月20日
發(fā)明者王乃興, 汪武衛(wèi) 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院理化技術(shù)研究所