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
Учеными ИОХ РАН разработан метод фотокаталитической функционализации 1,2,4-оксадиазолов Учеными ИОХ РАН разработан метод фотокаталитической функционализации 1,2,4-оксадиазолов
Радикальная функционализация ароматических соединений выгодно отличается от классического электрофильного и нуклеофильного замещения за счет мягкости условий…
В День здоровья сотрудник ИОХ РАН рассказал о работе иммунитета В День здоровья сотрудник ИОХ РАН рассказал о работе иммунитета
7 апреля в культурном центре «Зодчие» состоялась лекция «Иммунитет как социальная ответственность клеток» Артема Николаевича Фахрутдинова, научного сотрудника,…
При участии ИОХ РАН изучена токсичность органических растворителей и ПАВ на эмбрионах морского ежа При участии ИОХ РАН изучена токсичность органических растворителей и ПАВ на эмбрионах морского ежа
Разнообразные органические растворители и поверхностно-активные вещества применяются в промышленности, сельском хозяйстве, средствах личной гигиены, медицине,…
Сотрудником ИОХ РАН опубликован обзор в высокорейтинговом журнале Сотрудником ИОХ РАН опубликован обзор в высокорейтинговом журнале
Переход к развитию природоподобных технологий, воспроизводящих системы и процессы живой природы, выделен в качестве одного из основных приоритетов научно-технологического…
В ИОХ РАН состоялось вручение наград и благодарностей Министерства науки и высшего образования РФ В ИОХ РАН состоялось вручение наград и благодарностей Министерства науки и высшего образования РФ
В Институте органической химии имени Н. Д. Зелинского РАН прошло заседание Ученого совета, в ходе которого сотрудникам Института вручили ведомственные…
7 проектов сотрудников ИОХ РАН поддержаны Российским научным фондом 7 проектов сотрудников ИОХ РАН поддержаны Российским научным фондом
Российский научный фонд объявил итоги конкурса проектов отдельных научных групп и междисциплинарных проектов 2024 года. Поддержаны семь проектов сотрудников…

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