目前使一个分子具有高能性质主要有两类方法。一类是直接使同一分子中同时包含燃料和氧化剂,典型的炸药如TNT(2,4,6-三硝基甲苯)和黑索金(环三次甲基三硝胺)。第二类是高能密度化合物,其高能结构来源于分子中高张力的键(例如,立方烷)或由产物(氮气)驱动的富氮化合物(例如,1,1′-偶氮-1,2,3-三唑)。这两种方法可以结合使用。可惜这些方法都有限制。对于脂肪族和芳香族硝基化合物和硝胺,燃料和氧化剂在同一分子中,随氧平衡提高,冲击感度随之提高。高能密度化合物也有类似的现象:对于五元环状化合物,从吡唑到五唑,随氮含量增加,热稳定性降低。其结果是对于五唑环来说,其衍生物在常温条件下不能稳定存在。
与基于燃料和氧化剂或拉伸化合物的高能化方法不同,富氮化合物具有一些独特的化学性质,目前可以通过几种不同的方法使自身稳定。具有扩展氮链的高氮系统之所以不稳定,而对应的碳结构是稳定的,其原因之一是,氮原子上孤对电子的作用。而氮原子可以看做是CH-基团的等电子体,氮的孤对电子可以跃迁到邻近的σ*轨道而使体系不稳。这也是类似六嗪材料不稳定的原因。为了使这样的富氮系统稳定,必须充分分离σ和π轨道。这可以通过剪裁分子形状实现。硝基联氨这一类化合物通常被认为稳定性低,Tartakovsky[6]制备了一种高稳定性的双环硝基联氨,其顺式固定的β氮孤电子对相对于N−NO2键不具有达到反叠排列的灵活性,因此无法破坏系统的稳定性。自然,Tartakovsky也尝试了通过增加硝基联氨的β-氮上的吸电子取代基来增加化合物的稳定性。杂环的β-氮部分离域的情况下有类似的现象。
1,3-二硝氨基-1,2,3-三唑阴离子是高氮体系中的一种具有学术和实际价值的独特结构。这种活性阴离子的键合方式多种多样,其中一种为九个带有正负交替排列电荷的原子的长链。这种共振结构的有效性依据实验,计算和价键的结果进行了讨论。对以这个活性阴离子为基础制备的材料进行了化学表征(红外、拉曼、核磁共振、X射线)和敏感性(冲击、摩擦、静电)研究以及对其作为高能炸药的爆炸性能(爆速、压力等)的研究。并且1,3-二硝氨基-1,2,3-三唑阴离子具有很高的热稳定性,然而对机械性刺激却非常敏感。要了解它的性能,有必要研究其在不同条件,例如不同压力下的结构和性质。对于TATB在高压下的结构和性能已经进行了大量的实验[7-11]和理论研究[11-15]。然而,对于1,3-二硝氨基- 1,2,3-三唑基含能盐在高压下结构和性能的理论研究仍然缺乏。因此,研究1,3-二硝氨基- 1,2,3-三唑基含能盐在高压下的结构和性质很重要。
Tartakovsky[16]首先提出了1,3-二硝氨基-1,2,3-三唑阴离子的九个带有正负交替排列电荷的原子长链的共振结构是高氮体系中的一种具有学术和实际价值的独特结构,并首先合成出了1,3-二硝氨基- 1,2,3-三唑基含能盐。
Klapötke等选择了研究1,3-二氨基-1,2,3-三唑阳离子的硝化产品,1,3-二硝氨基-1,2,3-三唑阴离子[17]。这种化合物首先由Tartakovsky制备,然而,他只对其进行了有限的表征,如其钾盐的分解点,甚至没有提出一个详细的合成歩骤。在这项工作中,他们制备了1,3-二硝氨基-1,2,3-三唑阴离子的各种高能盐,并采用X射线衍射、红外和拉曼光谱光谱,多核核磁共振光谱,元素分析和DSC对其进行表征。计算结果显示这一类材料具有非常好的高能性质。
在0°C用四氟硼酸硝对1,3-二氨基-1,2,3-三唑硝酸盐进行硝化处理30分钟,而后,加热到室温30分钟使其溶解。在这段时间内,加入固体醋酸钾并快速搅拌混合。过滤后的乙酸,乙腈由蒸发去除,醋酸作为苯的共沸物去除。由于在乙酸存在下四氟硼酸盐在乙腈中的溶解度增加,用乙腈提取残渣得到粗钾-1,3-二硝氨基-1,2,3-三唑。拉曼光谱和F的磁共振证实在粗品中有四氟硼酸盐的存在。晶体通过将醚扩散到一个乙腈的溶液提纯,这些晶体被用于DSC以及晶体学测量。