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八硝基立方烷

八硝基立方烷（英文：Octanitrocubane，ONC）是一种新型高能炸药，分子式为C8(NO2)8，由立方烷的氢全部被硝基取代制得。它与三硝基甲苯类似，对震动的敏感度比较低，甚至用锤子砸也不会爆炸。

八硝基立方烷
IUPAC名
Octanitrocubane
识别
CAS号 99393-63-2  checkY
PubChem 11762357
ChemSpider 9937054
SMILES
 
  • [O-][N+](=O)C12C3([N+]([O-])=O)C4([N+]([O-])=O)C1([N+]([O-])=O)C5([N+]([O-])=O)C2([N+]([O-])=O)C3([N+]([O-])=O)C45[N+]([O-])=O
InChI
 
  • 1/C8N8O16/c17-9(18)1-2(10(19)20)5(13(25)26)3(1,11(21)22)7(15(29)30)4(1,12(23)24)6(2,14(27)28)8(5,7)16(31)32
InChIKey URIPDZQYLPQBMG-UHFFFAOYAW
性质
化学式 C8N8O16
摩尔质量 464.13 g·mol⁻¹
密度 1.98 g/cm3
爆炸性
撞击感度 低
摩擦感度 低
爆速 10,100 m/s
相对当量系数 2.7
相关物质
相关化学品 立方烷
七硝基立方烷
2,4,6-三(三硝基甲基)-1,3,5-三嗪
4,4'-二硝基-3,3'-氧化偶氮呋咱 (DDF)
六硝基六氮杂异伍兹烷
若非注明，所有数据均出自标准状态（25 ℃，100 kPa）下。

八硝基立方烷中存在张力，碳-碳键的键角为90°，与sp3杂化碳原子的109°28'相差很大；分解产物也是很稳定的二氧化碳和氮气，因此八硝基立方烷的爆炸性非常强，是性能最强的几种炸药之一。它比奥克托今（HMX）的威力大20-25%。

C8(NO2)8 → 8CO2 + 4N2

八硝基立方烷与其分解产物都是无毒的。反应中不产生水，因此基本上不会有烟雾产生。

制备

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八硝基立方烷首先由芝加哥大学的菲利普·伊顿与留美化学家Mao-Xi Zhang在1999年合成，结构由美国海军研究实验室的理查德·希拉尔迪用X射线晶体学分析获得。[1][2] 其合成方法非常繁琐，条件苛刻，产率也不高，光是立方烷的合成就需要至少十步，因此基本上只限于实验室合成，可以取得的量也非常少。[3]

由2-环戊烯酮合成到立方烷的过程 描述
  第一部分：合成前体2-溴代环戊二烯酮
  第二部分：合成立方烷

八硝基立方烷的合成可以见下图：[4][5]

 

合成八硝基立方烷时，需要合成的前体是四硝基立方烷（TNC），同样具有很强的爆炸性。四硝基立方烷首先在1993年合成，[6] 但路线比较繁冗。上图画出的是1997年的改进法。首先立方烷甲酸分别与氯化亚砜及光气在光照下作用，发生立方体中四面体四个顶点碳的氯羰基化，生成四酰氯衍生物。[7][8] 然后与叠氮三甲基硅烷发生Curtius重排反应生成异氰酸酯，再用二甲基双环氧乙烷氧化，得到四硝基立方烷。[9]

受硝基吸电子效应的影响，四硝基立方烷具有非常强的酸性，大约是立方烷的1020倍。因此它与双(三甲硅基)氨基钠反应可被脱去质子，生成顶点碳的碳负离子，再用四氧化二氮硝化，便可获得五硝基取代物。[6] 接下来继续用该法硝化，可以依次获得六硝基立方烷、七硝基立方烷。

最后的一步需要用到双(三甲硅基)氨基锂作碱性试剂，并用亚硝酰氯硝化，臭氧处理，得到八硝基立方烷，产率为55%。[10]

八硝基立方烷可能可以由目前仍未发现、应该很不稳定的二硝基乙炔的四聚产生。[11]

参见

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参考资料

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  1. ^ Mao-Xi Zhang, Philip E. Eaton, Richard Gilardi (2000). "Hepta- and Octanitrocubanes". Angewandte Chemie International Edition 39 (2): 401–404. doi:10.1002/(SICI)1521-3773(20000117)39:2<401::AID-ANIE401>3.0.CO;2-P.
  2. ^ Philip E. Eaton, Mao-Xi Zhang, Richard Gilardi, Nat Gelber, Sury Iyer, Rao Surapaneni (2001). "Octanitrocubane: A New Nitrocarbon". Propellants, Explosives, Pyrotechnics 27 (1): 1–6. doi:10.1002/1521-4087(200203)27:1<1::AID-PREP1>3.0.CO;2-6.
  3. ^ Astakhov AM, Stepanov RS, Babushkin AY (1998). "On the detonation parameters of octanitrocubane". Compustion Explosion and Schock Waves 34 (1): 85–87.
  4. ^ Design and Synthesis of Explosives: Polynitrocubanes and High Nitrogen Heterocycles[永久失效链接]. Retrieved on July 4, 2008.
  5. ^ The Cubane System Philip E. Eaton and Thomas W. Cole J. Am. Chem. Soc.; 1964; 86(5) pp 962 - 964; doi:10.1021/ja01059a072
  6. ^ 6.0 6.1 Eaton, P. E.; Xiong, Y.; Gilardi, R. J. Am. Chem. Soc. 1993, 115, 10195-10202
  7. ^ Brown, H. C.; Kharasch, M.S. J. Am. Chem. Soc. 1942, 64, 329-333.
  8. ^ Bashir-Hashemi, A. Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 1993, 32, 612-613.
  9. ^ Eaton, P. E.; Wicks, G. E., J. Org. Chem., 1988, 53, 5353-5355.
  10. ^ Zhang, M.; Eaton, P. E.; Gilardi, R. Angew. Chem. Int. Ed. 2000, 39, 401-404.
  11. ^ Politzer, Peter; Lane, Pat; Wiener, John J. Cyclooligomerizations as Possible Routes to Cubane-Like Systems (PDF). 8 June 1999 [2022-03-30]. ASIN B00IT6MGOK. OCLC 227895131. ADA364287. （原始内容 (PDF)存档于2013-04-13） –通过Defense Technical Information Center. 

外部链接

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