原位红外技术对乌洛托品硝解反应机理的研究

原位红外技术对乌洛托品硝解反应机理的研究黑索今(RDX)是目前武器装备中用量最大的单质炸药之一,具有威力大、爆速高、安全性好等优点。硝酸硝解乌洛托品(HA)是我国生产RDX的主要方法。由于以往分离检测及仪器分析技术的限制,该过程的反应机理研究一直没有得到很好的解决,因此限制其工艺的改进。原位红外检测技术和量子化学方法的发展为进一步研究反应机理提供了一种新的途径。

因此,本文利用原位红外检测技术研究乌洛托品硝解制备RDX的反应机理,对于改进RDX生产工艺具有重要的理论意义和实用价值。利用原位红外技术获取了乌洛托品成盐和硝解过程的红外谱图数据,揭示了反应过程各重要基团的变化规律,结果表明:HA的一硝酸盐(HAMN)生成过程很快,从HAMN到二硝酸盐(HADN)的反应较慢,当硝酸浓度达到5.97 mol/L时才有HADN生成;乌洛托品硝解制备RDX的反应在加料完毕后8.8秒内就能完成;采用B3LYP/6-31G*对反应过程可能的中间产物或副产物进行了结构优化及振动光谱计算,得到的校正后理论光谱与实验光谱有较好的吻合。对用原位红外分析仪测得的以HA、HAMN和HADN为原料经硝化制备RDX的过程三维红外光谱数据进行降噪处理及主成分分析、渐进因子分析,确定了反应体系的组分数,得到了浓度初始矩阵,最后通过多元曲线交替最小二乘法进行迭代获得了分离后的各纯物质组分对应的浓度变化曲线和红外光谱曲线;对各反应的反应物、产物及55种可能的中间产物进行结构优化、振动频率计算得到了其理论光谱;通过对比指认,分别得到了三种反应的各4种主要中间产物;分别推测出了HA、HAMN和HADN为原料的硝化反应机理。该研究成果对于深入理解乌洛托品硝解制备RDX的反应过程机理以及优化反应工艺具有重要意义。