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一种笼形化合物的合成表征与测试
C uCN✉
2025/09/21
IP:四川

一、简介

六硝基六氮杂异伍兹烷(cl-20/HNIW)

分子式:‌C₆H₆N₁₂O₁₂‌

性能对比

Screenshot_20250917_214715.jpg

二、名称缩写

HBIW------六苄基六氮杂异伍兹烷

TADBIW--四乙酰基二苄基六氮杂异伍兹烷

TAIW-------四乙酰基六氮杂异伍兹烷

HAIW------六乙酰基六氮杂异伍兹烷

TADFIW--四乙酰基二甲酰基六氮杂异伍兹烷

HNIW------六硝基六氮杂异伍兹烷


三、路线选择

现在合成HNIW的主流路线

①HBIW→TADBIW→TAIW→HNIW

②HBIW→TADBIW→HAIW→HNIW

③HBIW→TADBIW→TADFIW→HNW


区别在于前体三的不同,也就是硝解前一步的中间体,下面分析。


①TAIW-有两个游离的氨基,硝酸环境中,氨基可能会质子化成铵盐,很难难被硝化,且氨基本身非常容易被氧化,导致骨架破坏产率低下。

②HAIW-后两个乙酰基的位阻大,容易停留在部分乙酰化的阶段,生成五乙酰基一氨基之类的副产物,不过此前体很好硝解。

③TADFIW-后两个甲酰基比乙酰基好上得多,但是在后续硝解过程中可能会硝解不完全,生成五硝基一甲酰基六氮杂异伍兹烷杂质。

综合考虑选择路线③


合成路线

IMG_20250909_223249.jpg

①苄胺与乙酰胺缩合环化得到HBIW

#得到的笼形结构的HBIW并不能直接进行硝解,六个苄基的化学环境不同,反应活性存在差异,无法一次性移除,最重要对是如果强行进行硝解,会破坏笼形骨架,分解重排,生成小分子产物,所以必须把苄基换成其他比较好硝解的保护基。


②HBIW配合钯碳催化剂在氢气环境中进行氢解脱苄反应,生成TADBIW。

#乙酰基会优先选择位阻小的四个苄基,在上了四个乙酰基后,会因为位阻太大反应速率会特别缓慢,故分两步氢解。


③TADBIW再在甲酸与氢气环境中进行第二次氢解脱苄得到TADFIW。

#使用了甲酸为介质和酰化试剂,因为TADBIW比HBIW稳定,甲酸提供了不能一开始就提供在HBIW上的的酸性,有助于活化反应位点,且甲酰基相对于乙酰基为阻更小,反应容易发生。

④TADFIW硝硫混酸中进行硝解得到HNIW。

四、实验部分

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产物点燃/加热。

video_20250731_124450.mp4 点击下载

video_20250731_100002.mp4 点击下载

观察加热与点燃均有些许残留。

对照文献中的说法,现象一致。

Screenshot_20250917_222439.jpg

7.tlc分析

产物溶解于丙酮,展开剂石油醚-乙酸乙酯4-1。

IMG_20250916_224106.jpg

左边是没点好的不用管,右边有两个点,上面是产物,下面有一个淡淡的点为杂质点,杂质为五硝基一甲酰基六氮杂异伍兹烷。

8.纯化

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tlc分析纯化产物

左边为纯化前,右边纯化后,只有一个点,杂质点完全去除。

IMG_20250821_170912.jpg

9.核磁共振

核磁由211336同学代打

p1为核磁氢谱

p2为不去耦碳谱

p3为去耦碳谱

IMG_20250914_211923.png

0处为内标物质

2.5处为DMSO

3.37处为水

8处为HNIW,两种化学环境的氢积分面积比为1-2,确定产品为HNIW。

IMG_20250914_211852.jpgIMG_20250914_211959.jpg

左边五组峰为DMSO的,不去耦碳谱两种环境碳封正好异裂成四组,就只存在CH,没有甲酰基的存在。


10.转晶

HINW共有五种晶形,常见有四种,α,β,γ,ε,分别对应下图四种同分异构体

Screenshot_20250917_214606.jpg

下图是各晶形参数性能对比

Screenshot_20250917_214625.jpg

不难看出ε晶形是最稳定,密度最高的,所以选择ε晶形进行转晶。

取15gHNIW溶于38ml乙酸乙酯中,然后滴入114ml己烷中,控温60ºc,转速550rpm。

IMG_20250824_133350.jpg

滴完后搅拌一段时间抽滤,有部分产物在溶液里,滤液保留回收。

IMG_20250824_141430.jpgIMG_20250824_182904.jpg

干燥产物质感类似RDX。

用显微镜观察未找到单晶,均形成了晶簇。

Image_1756373461091.jpgImage_1756373466604.jpg

下面是滤液自然挥发析出的单晶。Image_1756373485084.jpgImage_1756373490771.jpg

对比上图挥发溶剂得到的大部分是γ晶形。



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四、结语

本文合成了HNIW,并对其表征与测试,也成功验证了氢解条件改变的试验。最后也感谢CUBE同学在实验过程中提出了许多指导性的建议,还有KCoNAT同学试验的8mm直径ssrt测试,以及211336同学帮忙打核磁 。

2025·9·21

[ 修改于3个月21天前 - 2026/07/11 21:00:56 ]
+1
学术分
虎哥
2025/09/28
对制备思路和反应机理的阐述较为全面,研究过程安排合理,发言具备显著的学术水平。
+1
学术分
虎哥
2025/09/28
采用了具有创造性的方法改善了收率。
8
25
 
高赞回复 

1年1个月前修改于 1年0个月前IP:河北
946995
2楼


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12
1年1个月前IP:福建
946993
1楼

非常好,总算是有始有终的做出来了

7
CuCN作者
1年1个月前IP:四川
947047
7楼

应虎哥建议,优化了文章排版,并补充了相关内容,与部分机理,同时征得二楼CUBES的同意,把补充的要点搬到了正文里面。后续如果有关更新与测试也在原文里更新。

增改原文于2025·9·23

6
CuCN作者
1年1个月前IP:四川
947002
4楼
引用QQQQQQQ发表于3楼的内容
这是我见到过最凶残的20报告,质量至够加1学术分。鼓励20这种顶尖药剂研究。少

后面会完善文章细节,以及补充一下HNIW的共晶制备与测试

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3
CuCN作者
1年1个月前IP:四川
947047
7楼

应虎哥建议,优化了文章排版,并补充了相关内容,与部分机理,同时征得二楼CUBES的同意,把补充的要点搬到了正文里面。后续如果有关更新与测试也在原文里更新。

增改原文于2025·9·23

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我也是有底线的