N,n-二甲基-1,3-二疊氮基丙烷及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及高能含氮化合物領(lǐng)域，設(shè)及N，N-二甲基-1，3-二疊氮基丙烷及其制備 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著航天事業(yè)在全世界的激烈競爭，火箭推進(jìn)劑由于其為促進(jìn)航天事業(yè)發(fā)展無與 倫比的作用而受到越來越多的關(guān)注。在所有種類的推進(jìn)劑中，液體推進(jìn)劑憑借著其推進(jìn)作 用強(qiáng)，推進(jìn)劑流量可W調(diào)節(jié)而受到了研究者的普遍青睞。當(dāng)人類第一次探訪太空的時(shí)候，液 體推進(jìn)劑就已經(jīng)被用于火箭推進(jìn)系統(tǒng)。作為液體推進(jìn)劑，需要滿足W下重要的性質(zhì)：（1)較 高的密度比沖；（2)較短的點(diǎn)火延遲時(shí)間；(3)較低的毒性；(4)其它的一些性質(zhì)如：較低的 凝固點(diǎn)和粘度；較高的沸點(diǎn)和閃點(diǎn)。
[0003] 在現(xiàn)階段，阱和阱的衍生物（甲基阱和偏二甲阱）是應(yīng)用最廣泛的二元自燃推進(jìn) 劑。雖然運(yùn)些推進(jìn)劑可W與氧化劑（氧氣，雙氧水和四氧化二氮）自燃且具有較短的點(diǎn)火 時(shí)間和較大的比沖，但是它的劇毒性制約了其大量、長時(shí)間的應(yīng)用。為了解決運(yùn)個(gè)問題，一 種包含有疊氮基官能團(tuán)和=級(jí)胺官能團(tuán)的新型液體推進(jìn)劑被科學(xué)家們提出。針對(duì)運(yùn)一種類 推進(jìn)劑，許多學(xué)者在理論上研究了其性質(zhì)，但是在實(shí)際上研究運(yùn)類物質(zhì)的報(bào)告，卻是少之又 少。在運(yùn)一類化合物中，N，N-二甲基疊氮乙胺值MA幻是其中已經(jīng)被合成并且在單組元和 雙組元推進(jìn)劑中都已應(yīng)用的推進(jìn)劑。
[0004]N，N-二甲基疊氮乙胺的物理性質(zhì)和作為推進(jìn)劑的性能與甲基阱基本相近。此外， 目前能獲得的數(shù)據(jù)也表明N，N-二甲基疊氮乙胺是相對(duì)低毒的，解決了甲基阱致癌的劇毒 問題。然而N，N-二甲基疊氮乙胺與氧化劑的點(diǎn)火時(shí)間較長，較長的點(diǎn)火時(shí)間會(huì)產(chǎn)生積碳效 應(yīng)，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生損害。

【發(fā)明內(nèi)容】
陽0化]本發(fā)明能有效解決液體推進(jìn)劑甲基阱毒性較大和N，N-二甲基疊氮乙胺點(diǎn)火時(shí) 間較長的問題，且合成過程原料價(jià)格低廉，生產(chǎn)成本低，經(jīng)濟(jì)效益好，制備方法W及后處理 簡便，產(chǎn)率高。為此通過對(duì)N，N-二甲基疊氮乙胺分子結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，合成一種新型化合物 N，N-二甲基-1，3-二疊氮基丙烷。
[0006] 為了達(dá)到上述的目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：N，N-二甲基-1，3-二疊氮基丙烷，其 化學(xué)式為：CsHiiN,，具有下述式I所示的結(jié)構(gòu)式為：
[0007]
[0008] 所述的N，N-二甲基-1，3-二疊氮基丙烷的制備方法，其特征在于，包括如下步 驟：
[0009] (1) :2-氨基-1，3-二徑基丙烷在甲酸體系中與甲醒生成N，N-二甲基-1，3-二徑 基丙烷；
[0010] 似：N，N-二甲基-1，3-二徑基丙烷烴過過濾、旋蒸、干燥得到純化后的N，N-二甲 基-1,3-二徑基丙烷的產(chǎn)品；
[0011] (3):步驟（2)得到N，N-二甲基-1，3-二徑基丙烷與氯化亞諷發(fā)生取代反應(yīng)生成 N,N-二甲基-1, 3-二氯丙烷鹽酸鹽；
[0012] (4) :N，N-二甲基-1,3-二氯丙烷鹽酸鹽與疊氮化鋼在水相溶劑中反應(yīng)生成 N，N-二甲基-1，3-二疊氮基丙烷的粗產(chǎn)品；
[0013] 巧）：利用萃取劑萃取反應(yīng)產(chǎn)物，旋蒸干燥得到純化后的N，N-二甲基-1,3-二疊氮 基丙烷廣品。
[0014] 所述步驟（1)中的2-氨基-1,3-二徑基丙烷、甲醒、甲酸的摩爾比為1:5:2. 4。 [001引所述步驟似和做中的氯化亞諷、N，N-二甲基-1，3-二徑基丙烷都經(jīng)過干燥處 理，且步驟（3)的實(shí)驗(yàn)體系保持無水環(huán)境。
[0016] 所述步驟（3)中的N，N-二甲基-1,3-二徑基丙烷與氯化亞諷的摩爾比為1 : 巧.56-6. 88)。
[0017] 所述步驟（3)中N，N-二甲基-1，3-二徑基丙烷與氯化亞諷反應(yīng)條件為反應(yīng)時(shí)間 為30-40min，反應(yīng)溫度為55-60°C。
[0018] 所述步驟（4)的水相溶劑是去離子水，步驟（4)中N，N-二甲基-1，3-二徑基丙烷 與氯化亞諷反應(yīng)操作步驟為先將疊氮化鋼在水相溶劑中溶解，并將疊氮化鋼的水溶液加熱 至60-75°C，再將N，N-二甲基-1，3-二氯丙烷鹽酸迅速加入到反應(yīng)體系中，馬上加熱回流， 進(jìn)行反應(yīng)。
[0019] 步驟（4)中N，N-二甲基-1，3-二氯丙烷鹽酸鹽與疊氮化鋼的比例為 1: (2. 74-3. 36)，反應(yīng)條件為反應(yīng)時(shí)間為4~5小時(shí)，反應(yīng)溫度為60-75°C。
[0020] 所述步驟巧）的萃取劑為乙酸、二氯甲燒、=氯甲燒中的一種或多種。
[0021] 所述的N，N-二甲基-1，3-二疊氮基丙烷作為液體推進(jìn)劑的應(yīng)用。
[0022] 本發(fā)明的上述方案的有益效果如下：
[0023] 上述合成過程中采用的試劑及中間產(chǎn)物毒副作用小，對(duì)環(huán)境污染小；原料的價(jià)格 低廉，生產(chǎn)成本低，經(jīng)濟(jì)效益好，制備方法W及后處理簡便，產(chǎn)率高；N，N-二甲基-1，3-二疊 氮基丙烷能有效解決液體推進(jìn)劑甲基阱毒性較大和N，N-二甲基疊氮乙胺點(diǎn)火時(shí)間較長的 問題，具有良好的應(yīng)用前景，可實(shí)現(xiàn)商業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)，滿足當(dāng)前社會(huì)不斷對(duì)環(huán)保的需要。
【附圖說明】
[0024] 圖1為本發(fā)明的N，N-二甲基-1，3-二疊氮基丙烷的制備反應(yīng)路線。
【具體實(shí)施方式】
[0025] 為使本發(fā)明要解決的技術(shù)路線、實(shí)驗(yàn)方法和技術(shù)問題更加清楚，下面將結(jié)合附圖1 及具體實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說明。 陽0%] -種制備N，N-二甲基-1，3-二疊氮基丙烷的方法，其具體步驟如下： 陽〇27] 實(shí)施例1 陽02引 （1)將45. 6g的2-氨基-1，3-二徑基丙烷與113血的甲酸溶液混合，再加入90血 的37%的甲醒溶液?；旌象w系在室溫下攬拌化，然后將反應(yīng)升溫到80°C，并且在此溫度下 保持過夜。當(dāng)溫度達(dá)到8(TC時(shí)，會(huì)有大量氣體排出。反應(yīng)完畢后，將其冷卻到室溫。
[0029] (2)加入60血濃度為37%的鹽酸并且攬拌比。加入固體氨氧化鋼，使溶液的 PH調(diào)整到12,將混合物減壓蒸饋，加入大量的甲醇。此時(shí)將體系中產(chǎn)生的白色沉淀物過 濾，濾液繼續(xù)減壓蒸饋，將經(jīng)過濃縮的初產(chǎn)物溶解在=氯甲燒中，并用無水硫酸儀干燥。在 100°C-102°C/100化a的條件下通過精饋，得到40. 9g的N，N-二甲基-1，3-二徑基丙烷，產(chǎn) 率為 68. 65%。
[0030] 做取30血的氯化亞諷置于燒杯中，在冰浴的條件下逐滴、小屯、的加入7. 15g的 N，N-二甲基-1，3-二徑基丙烷，在加入的過程會(huì)有大量白煙生成，此時(shí)注意不停攬拌并控 制加入速度。待N，N-二甲基-1，3-二徑基丙烷完全加入后，此反應(yīng)置在55°C下反應(yīng)40min 后，然后將多余的氯化亞諷在65-70°C下蒸干，得到棟色的晶體，此物質(zhì)即為N，N-二甲 基-1，3-二氯丙烷鹽酸鹽，得到質(zhì)量為9. 88g，產(chǎn)率為85. 46%。 陽03U (4)取250血立口燒瓶，量取30血去離子水于立口瓶中，加熱到70°C，稱取26.0g 疊氮化鋼緩慢的加入到此S口瓶中，使疊氮化鋼完全溶解。稱取28.llg的N，N-二甲 基-1，3-二氯丙烷鹽酸鹽固體，加入到反應(yīng)體系中，將此反應(yīng)體系在70°C下回流并進(jìn)行反 應(yīng)，4h后反應(yīng)完畢。 陽03引 妨將反應(yīng)完畢后的液體體系轉(zhuǎn)移到250mL燒杯中，加入5. 84g的氨氧化鋼固體， 將氨氧化鋼固體溶解后，會(huì)發(fā)現(xiàn)反應(yīng)體系有分層的現(xiàn)象。最后將反應(yīng)轉(zhuǎn)移到250mL分液漏 斗中，每次用20mL乙酸萃取S次，收集有機(jī)相，采用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)除掉乙酸，得到棟色液體，在 棟色液體中加入無水硫酸鋼，最終得到反應(yīng)產(chǎn)物19. 75g的N，N-二甲基-1，3-二疊氮基丙 燒，產(chǎn)率為80. 05%。 陽〇3引 實(shí)施例2
[0034] (1)將45. 6g的2-氨基-1，3-二徑基丙烷與113血甲酸溶液混合，再加入90血的 37%的甲醒溶液。混合體系在室溫下攬拌化，然后將反應(yīng)升溫到80°C，并且在此溫度下保 持過夜。當(dāng)溫度達(dá)到80°C時(shí)，會(huì)有大量氣體排出。反應(yīng)完畢后，將其冷卻到室溫。
[0035] (2)加入60血濃度為37%的鹽酸并且攬拌比。加入固體氨氧化鋼，使溶液的 PH調(diào)整到12,將混合物減壓蒸饋，加入大量的甲醇。此時(shí)將體系中產(chǎn)生的白色沉淀物過 濾，濾液繼續(xù)減壓蒸饋，講過濃縮的初產(chǎn)物溶解在=氯甲燒中，并用無水硫酸儀干燥。在 100°C-102°C/100化a的條件下通過精饋，得到40. 9g的N，N-二甲基-1，3-二徑基丙烷，產(chǎn) 率為 68. 65%。
[0036] 做取30血的氯化亞諷置于燒杯中，在冰浴的條件下逐滴、小屯、的加入8. 17g的 N，N-二甲基-1，3-二徑基丙烷，在加入的過程會(huì)有大量白煙生成，此時(shí)注意不停攬拌并控 制加入速度。待N，N-二甲基-1，3-二徑基丙烷完全加入后，此反應(yīng)置在57°C下反應(yīng)30min 后，然后將多余的氯化亞諷在75-78°C下蒸干，得到棟色的晶體，此物質(zhì)即為N，N-二甲 基-1，3-二氯丙烷鹽酸鹽，得到質(zhì)量為11. 34g，產(chǎn)率為85. 78%。
[0037] (4)取250血立口燒瓶，量取30血去離子水于立口瓶中，加熱到72 °C，稱取 26.Og疊氮化鋼緩慢的加入到此S口瓶中，使疊氮化鋼完全溶解。稱取26. 5