РУС ENG
Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
Российская Академия Наук

Лаборатория органического синтеза (№12)

д.х.н. Смирнов Геннадий Александрович
Заведующий: д.х.н. Смирнов Геннадий Александрович
ORCID: 0000-0002-5577-1932 Researcher ID: ABA-1786-2020
Основные направления исследований
  • Выяснение закономерностей образования и химического поведения органических соединений, содержащих ковалентные и/или координационные связи N-O, преимущественно C- и N-нитропроизводных, азоксисоединений различных типов, гетероциклических N-оксидов.
Лучшие результаты

  Высокий энергетический потенциал и умеренная чувствительность — два наиболее важных требования к современным энергетическим материалам. Мощный CL-20 и его ранее полученные производные не отвечают требованиям безопасности. Для достижения желаемой цели создания высокоэффективных полициклических каркасных мультинитраминовых структур с пониженной чувствительностью было разработано и синтезировано новое семейство энергетических соединений путём включения алкилнитраминового фрагмента в пентанитро-гексаазаизовюрцитановый скелет. Все полученные соединения были полностью охарактеризованы с помощью масс-спектрометрии высокого разрешения, ИК- и мультиядерной ЯМР-спектроскопии (1H, 13C{ 1H}, 14N, 15N{ 1H}), а некоторые из них — с помощью монокристальной рентгеновской дифракции. Для целевых веществ энтальпии образования определялись экспериментально с помощью калориметрии сжигания. Были проведены измерения термостойкости и испытания на безопасность. Их энергетические возможности в качестве компонентов ракетного топлива были изучены с использованием термодинамических расчетов высокотемпературных химических равновесий. Наиболее привлекательные из новых веществ, N-метил-N-[(2,6,8,10,12-пентанитро-2,4,6,8,10,12-гексаазаизовюрцитан-4-ил)метил]нитрамид и N,N'-бис[(2,6,8,10,12-пентанитро-2,4,6,8,10,12-гексаазаизовюрцитан-4-ил)метил]нитрамид, обладают высокой плотностью (1.86–1.92 г см–3), термостойкостью (начало разложения около 223 °С) и энтальпией образования (до 103 кДж кг–1). Более того, они являются наиболее нечувствительными среди известных энергоёмких производных гексаазаизовюрцитана и в 2/4 раза безопаснее в отношении удара/трения, чем CL-20. Сочетание замечательных свойств делает эти материалы перспективными для использования в высокоэнергетических конденсированных системах.

 

  Для решения актуальных задач по реализации современной космической программы необходим поиск новых высокоэнергетических компонентов ракетного топлива. С этой целью мы создали новое семейство высокоэнергетических материалов — полинитрогексаазаизовюрцитаны, связанные N,N'-метиленовым мостиком, содержащие вторичные амино-, N-нитро-, N-нитрозо-, N-(2,2,2-тринитроэтильные)-, N-азидометильные- концевые группы, а также разработали эффективный подход к их синтезу путём конденсации соответствующих N-метоксиметильных предшественников и целевой функционализации энергоёмкими группами. Все полученные соединения были полностью охарактеризованы с помощью масс-спектрометрии высокого разрешения, ИК- и мультиядерной ЯМР-спектроскопии (1H, 13C{ 1H}, 14N, 15N), а также методом рентгеноструктурного анализа. Для этих веществ энтальпии образования определены экспериментально методом калориметрии сжигания. Были проведены исследования термической стабильности и испытания на безопасность. Их энергетический потенциал в качестве компонентов ракетного топлива был изучен с использованием термодинамических расчётов высокотемпературных химических равновесий. Соединения новой серии обладают высокой плотностью (до 1.95 г см–3) и термостойкостью (начало разложения до 226 °С). Кроме того, они имеют очень высокую энтальпию образования (до ~2 МДж кг–1, что в 2 раза больше, чем у CL-20), и пониженную чувствительность к трению (на 100 Н ниже, чем чувствительность к трению CL-20). Замечательные комплексные характеристики делают эти материалы перспективными для использования в энергетических композициях.

 

  Для создания энергетических веществ нового уровня необходимо расширять арсенал методов функционализации энергоёмких структур, с помощью которых можно настраивать их физико-химические и энергетические характеристики на молекулярном уровне. С этой целью мы разработали подход к синтезу новой серии энергетических каркасных соединений с улучшенными свойствами путём введения N-цианогруппы в полинитрогексаазаизовюрцитановый каркас. Структуры полученных соединений были полностью охарактеризованы комплексом физико-химических методов, включая мультиядерную (1H, 13C{ 1H}, 14N, 15N{ 1H}) ЯМР и ИК-спектроскопию, масс-спектрометрию высокого разрешения, рентгеноструктурный анализ, электронную микроскопию и квантово-химические расчеты. Для полученных веществ проведены испытания на термическую стабильность и безопасность, проведены калориметрические и пикнометрические измерения, а также определен энергетический потенциал путем высокотемпературных термодинамических расчётов химического равновесия. Новые цианопроизводные имеют приемлемую плотность (до 1.92 г/см3) и высокую энтальпию образования (до 2 МДж/кг), что в 2 раза выше, чем у эталонного CL-20. Устойчивость целевых соединений к трению (до 220 Н) является наиболее высокой по сравнению с CL-20 и его известными аналогами. 4,10-Дициано-2,6,8,12-тетранитро-2,4,6,8,10,12-гексаазаизовюрцитан нового ряда является наиболее термически стабильным (Tразл 238 °С) среди известных энергоёмких полинитрогексаазаизовюрцитанов и является первым производным этого семейства, превосходящим CL-20 по термостойкости.

 
Избранные публикации последних лет
Новости института
В ИОХ РАН состоялось заседание диссертационного совета В ИОХ РАН состоялось заседание диссертационного совета
22 мая на заседании диссертационного совета прошли успешные кандидатские защиты. Касимова Анастасия Алексеевна представила диссертацию на соискание…
Команда ИОХ РАН по настольному теннису одержала победу в турнире «Кубок Победы» Команда ИОХ РАН по настольному теннису одержала победу в турнире «Кубок Победы»
19 мая состоялся Всероссийский турнир по настольному теннису «Кубок Победы», который был приурочены к празднику Победы советского народа в Великой Отечественной…
Ученые ИОХ РАН выступили на VII Северо-Кавказском симпозиуме по органической химии NCOCS-2024 Ученые ИОХ РАН выступили на VII Северо-Кавказском симпозиуме по органической химии NCOCS-2024
Международная конференция стартовала 12 мая на площадке Северо-Кавказского федерального университета. Более 250 ученых обсудили фундаментальные аспекты…
Учёные ИОХ РАН попали в рейтинг Лучших учёных-химиков России Учёные ИОХ РАН попали в рейтинг Лучших учёных-химиков России
Исследовательский портал Research.com выпустил третье издание рейтинга лучших учёных в области химии. Оно создано на основе сведений, объединённых из широкого…
Аспиранты ИОХ РАН — в числе победителей и призеров IV Школы молодых ученых Аспиранты ИОХ РАН — в числе победителей и призеров IV Школы молодых ученых
В РХТУ им. Д. И. Менделеева на факультете химико-фармацевтических технологий и биомедицинских препаратов состоялась IV Школа молодых ученых «Химия и технология…
Исследователями ИОХ РАН синтезирован новый класс антипролиферативных агентов — ингибиторов полимеризации тубулина Исследователями ИОХ РАН синтезирован новый класс антипролиферативных агентов — ингибиторов полимеризации тубулина
Раковые заболевания являются одной из ведущих причин смертности людей во всем мире. Лечение рака является важной и сложной задачей, стоящей перед научным…

Лаборатория органического синтеза (№12) ORCID: 0000-0002-5577-1932 Researcher ID: ABA-1786-2020 ST LUCE https://zioc.ru/ 5 100 .00 RUB http://schema.org/InStock