Высокоэнергетические соединения как фундаментальная основа создания энергонасыщенных материалов и систем двойного назначения (промежуточный – этап 1)

Объектом исследования в проекте являются высокоэнергетические соединения и энергонасыщенные материалы. Цель проекта состоит в проведении комплекса фундаментальных и проблемно-ориентированных исследований, направленных на создание опережающего научно-технического задела в области разработки новых высокоэнергетических соединений и энергонасыщенных материалов для использования в ракетной технике, высокоскоростных, в том числе гиперзвуковых, летательных аппаратах, боеприпасах, а также для получения ценных продуктов гражданского назначения. В ходе реализации I этапа проекта на основе современных синтетических подходов органический химии были разработаны методы получения новых высокоэнергетических соединений и энергоемких составов на их основе. С помощью комплекса современных физико-химических методов анализа в совокупности с квантовохимическими расчетами были определены физико-химические и энергетические характеристики синтезированных веществ и материалов. В отчетный период получены следующие основные научные результаты: В ИОХ РАН разработаны методы синтеза новых энергоемких соединений, в том числе N-цианодиазеноксидов, производных фуроксана, связанных с 1,3,4-оксадиазольным или тетразольным циклом, тетразолил- и оксадиазолилпиразолов, полинитрогексаазаизовюрцитанов, содержащих нитрогуанидиновую группу, солей четвертичных оснований N-нитроимидазольного, оксазолидинового и бисморфолиного рядов с энергоемкими анионами. Осуществлен синтез полифункциональных нитроэфиров с помощью экологичных методов нитрования в среде сжиженного тетрафторэтана. Установлены фундаментальные закономерности каталитического синтеза энергоемких циклопропанов. В ИПХФ РАН получены звездообразные энергоемкие полимеры, прикрепленные к неполным нитратам циклодекстрина и глицидного спирта, отработаны методы синтеза трис-(пропиниламино) триазина и на его основе получены азидо-пропиниламино-триазины – мономеры для синтеза сверхразветвленных полимеров. В РХТУ синтезированы высокоэнтальпийные производные 1,2,4,5-тетразина, содержащие в боковой цепи динитрометильную, динитрофторметильную и тринитрометильную группы и гетероциклы, несущие нитрогруппу. В ИОС УрО РАН получены нитро-, нитрозо-, амино- и азидо-производные 1,2,4,5-тетразина, тетразоло-1,2,4-триазина и тетразоло-1,3,5-триазина. В ИПХЭТ СО РАН синтезированы новые макроциклические комплексы из производных мочевины, глиоксаля и солей восстановленного октаазадиоксоантрацена или динитрамида и осуществлен синтез функционально замещенных активных полимерных связующих, содержащих в структуре 3-нитро-1,2,4-триазол-5-оновые и 1,2,4-триазолон-5-овые группы. В ИПХФ РАН изучены структура и свойства кристаллов (РСА) 3,6-бис(2,2,2-тринитроэтилнитрамин)-1,2,4,5-тетразина, экспериментально определены детонационные свойства смесевых жидких ВВ на основе тетранитрометана в зависимости от концентрации инертных разбавителей и параметры стационарной детонации прессованных ВВ (CL-20, гидразин нитрат) в зависимости от начальной плотности исследуемых веществ. В ФИЦ ХФ РАН методами совмещенного термического анализа, сочетающего термогравиметрию и дифференциальную сканирующую калориметрию, и дифференциальной сканирующей калориметрии высокого давления определена термостабильность серии синтезированных участниками Консорциума производных пиразола, триазола и тетразола. Высокоуровневыми методами W1-F12 и W2-F12 проведены квантовохимические расчеты энтальпии образования ряда высокоэнергетических азот-кислородных соединений и энергии их атомизации. В РХТУ экспериментально определены кинетические параметры термораспада и горения пяти синтезированных в ИОХ РАН перспективных соединений, содержащих сочлененные нитропиразольный и тетразольный циклы, и предложен механизм их термического разложения. В ИПХФ РАН с помощью теоретических расчетов установлено, что композиции СТРТ, содержащие динитрофуразан, имеют более высокие величины эффективного импульса, чем композиции, содержащие другие пластификаторы, а динитробисфуроксан является более мощным окислителем, чем ПХА, АДНА и октоген. Теоретически рассчитано оптимальное соотношение различных компонентов в рецептуре смесевых твердых топлив нового поколения для прямоточных газогенераторных воздушно-реактивных двигателей. В ИПХЭТ СО РАН проведен расчет энергонасыщенных смесевых композиций нитротриазолона, триаминотринитробензола и N-гуанилмочевинной соли динитрамида с азольными связующими и по его результатам выбраны наиболее перспективные рецептуры для экспериментальной отработки. В ИОС УрО РАН получены новые активные полимеры на основе акрилатов, содержащие фрагменты азолов (имидазола, пиразола, 1,2,3-триазола и 1,2,4-триазола), и разработан способ модификации полимерных связующих борановыми молекулами. В МГУ созданы удобные синтетические подходы к получению нитропроизводных изоксазола для последующего синтеза на их основе аминоизоксазолов и получены изомерные диоксоциклооктаны и бис-метиленциклооктаны – потенциальные мультивалентные лиганды для связывания с биологически активными веществами. Разработаны простые и воспроизводимые методики получения функциональных контейнеров на основе полимерных микрогелей, образованных линейными анионными полисахаридами, подшитыми ионами двухвалентных металлов. В ИОХ РАН продемонстрирована принципиальная возможность получения органических парамагнетиков нового типа на основе продуктов окисления 4H,8H-бис(фуразано)[3,4-b:3’4’-e]пиразина. Полученные результаты могут стать основой для целенаправленного конструирования новых более эффективных ракетных топлив, боеприпасов и материалов двойного назначения, необходимых для существенной модернизации оборонных и гражданских отраслей промышленности.