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FOX-7

FOX-7的介绍

C(=C([N+](=O)[O-])[N+](=O)[O-])(N)N

FOX-7由1998年首次被报道，为一很有前景的高能顿感材料。
生成热为 -134.4kJ/mol（RDX -70.8kJ/mol）

理论爆速爆压

  • （Keshavarz方法）8973m/s 36.4Gpa（1.885）RDX 8723m/s 35.2Gpa（1.816）
  • （kamlet经验方法）9000m/s 35.9Gpa（1.885）RDX 8854m/s 34.96Gpa（1.816）

理论铅柱扩张 540ml
理论爆温（卡斯特方法）4491K
理论爆热

  • （盖斯定律）6225KJ/KG
  • （经验算法）6082KJ/KG

理论做功能力 2019.19KJ/KG（同比RDX 1830KJ/KG）

但FOX-7的亮点不在于他的爆轰性能，而是在于他的感度。

  • FOX-7的感度远远低于RDX，在某些方面甚至比TNT还要顿感。
  • FOX-7的撞击感度（BAM 2kg落锤）为126cm（RDX 35cm），摩擦感度（JP摆）>350N（RDX 120N）。
  • 与常用粘结剂均有良好的相容性。

FOX-7的合成路线，主要有三条

  • 以2-甲基咪唑为原料，硝化得2-二硝基亚甲基-4,5-咪唑烷二酮后用不同方法开环制得。
    开环方法包括氨水开环，无机强酸开环，水开环等。
    但是除水开环外，其他开环方法产率均较低而且副产物较多，需要使用昂贵的TFA来进行提纯，水开环法产率最高（35%）且不需用TFA洗涤。
  • 以2-甲氧基-2-甲基-4,5-咪唑二酮为原料，经硝化得到2-二硝基亚甲基-4,5-咪唑烷二酮再经开环制得到。
    该方法产率低，工艺复杂，实用性不高。
  • 以2-甲基-4,6-嘧啶二酮为原料，硝化得到2-二硝基亚甲基-5,5-二硝基-2H-嘧啶-4,6-二酮,再水解制得。
    该方法产率较高（80%）纯度较好，已实现工业化生产，为最具有前途的方法，但2-甲基-4,6-嘧啶二酮的前体盐酸乙脒的制取有些困难。

实验部分

警告

浓硫酸和发烟硝酸有强腐蚀性

方案

本次试验采用第一种方法，以2-甲基咪唑为原料，水为开环试剂，通过一系列反应来制取FOX-7。

机理如下

  • 2-甲基-4-二氢-5-咪唑啉酮进一步硝化得到2-二硝基亚甲基-4,5-咪唑烷二酮（具有酰胺的结构），酰胺很容易水解，开环后产物就是FOX-7。

  • 因为有不同中间体的生成，反应在不同阶段呈现出不同的颜色，大致为无色>黄色>黑色>紫色>红棕色>橙黄色。

所需试剂和仪器

试剂

  • 2-甲基咪唑
  • 98%浓硫酸
  • 发烟硝酸
  • 蒸馏水

仪器

  • 电子秤
  • 烧杯
  • 水浴锅
  • 三口烧瓶
  • 机械搅拌机
  • 温度计
  • 铁架台
  • 橡胶塞
  • 恒压滴液漏斗
  • 干燥器

步骤

  • 快速称取13.6g2-甲基咪唑。
    1
  • 搅拌冰水浴下缓慢将2-甲基咪唑加入160ml98%浓硫酸中，控温20度以下，这里需要注意的是，2-甲基咪唑是吸湿的，暴露在空气中太久会粘在烧杯壁上，所以我把他放在右边的干燥器里了。
    2
  • 加完后略浑浊，稍微搅拌下澄清后进行下一步。
    3
  • 量取32ml发烟硝酸，搅拌下用恒压滴液漏斗缓慢滴入，控温20下。
    4
  • 5min后，进入黄色阶段
    5
  • 10min后黄色加深
    6
  • 45min后进入黑色阶段
    7
  • 1h后进入紫色阶段（紫色和黑色差不多，这两个的时间我主观判断的） 8
  • 1h25min后进入红棕色阶段
    9
  • 1h35min后发烟硝酸快加完了，产物接近橙黄色
    10
  • 1h50min后发烟硝酸滴加完毕，产物完全变成了橙黄色
    11
  • 缓慢滴加200ml蒸馏水开环，控温20度左右。这一步放热和硝化时放热差不多，我就是在这一步被坑，3ml水一下进去温度直接飙到35度。
    12

备注

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