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Applied Chemistry for Engineering, Vol.25, No.2, 188-192, April, 2014
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3,7,9,11-테트라옥소-2,4,6,8,10-펜타아자[3.3.3]프로펠레인의 니트로화 반응
Nitration of 3,7,9,11-Tetraoxo-2,4,6,8,10-pentaaza[3.3.3]propellane
신문용, 하태환, 정규현1, 김진석2, 김영규†
  • 서울대학교 화학생물공학부
  • 1인하대학교 물리화학부
  • 2국방과학연구소
Moonyong Shin, Tae-hwan Ha, Kyoo-hyun Chung1, Jin Seuk Kim2, and Young Gyu Kim†
  • Department of Chemical and Biological Engineering, Seoul National University, Seoul 151-742, Republic of Korea
  • 1Department of Chemistry, Inha University, Incheon 402-751, Republic of Korea
  • 2Agency for Defense Development, Daejeon 305-156, Republic of Korea
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초록
강력한 폭발 특성을 가지며 안정성이 높은 고에너지 물질을 개발하기 위하여 밀도가 높고 잠재에너지가 큰 다중고리 화합물을 이용한 고에너지 물질이 요구되고 있다. 하지만 분자 내 질소가 여러 개 치환된 다중고리 화합물의 경우 합성의 어려움이 있어 많은 구조가 개발되지는 못하였다. 새로운 고에너지 물질 후보로 다중고리 화합물이며 분자 내 질소가 다섯개 치환된 pentanitropentaaza[3.3.3]propellane을 설계하였고, 이 중에 골격구조에 치환기가 도입되지 않은 3,7,9,11-tetraoxo-2,4,6,8,10-pentaaza[3.3.3]propellane (TOPAP) 2를 최근에 합성하였다. 본 연구에서는 TOPAP 2에 최초로 니트로화 반응을 진행하여 새로운 고에너지 물질을 합성하고자 하였다. 그 결과 NO2BF4와 무수 질산을 이용하여 지금까지 보고되지 않은 2,6-dinitro-3,7,9,11-tetraoxo-2,4,6,8,10-pentaaza[3.3.3]propellane 5C를 최대 82%의 수율로 처음 합성하였다. 합성한 5C의 구조는 분광학적 분석결과를 이용하여 구조를 확인하였다.
Until now, there has been much efforts for the development of polycyclic molecules as high energy materials because of their high density and potential energy. However, there were only a few reports on the development of highly N-substituted polycyclic compounds due to difficulties of the synthesis. We have designed pentaazapropellanes as new high energy materials and we have recently reported unsubstituted 3,7,9,11-tetraoxo-2,4,6,8,10-pentaaza[3.3.3]propellane (TOPAP) 2 as a new skeleton for high energy materials. Herein, the nitration of TOPAP 2 was reported for the first time. Thus, 2,6-dinitro-3,7,9,11-ttraoxo-2,4,6,8,10-pentaaza[3.3.3]propellane (2,6-DNTOPAP) 5C, which is a new nitro derivative of TOPAP 2, was obtained up to 82% yield by the reaction of NO2BF4 and anhydrous HNO3. The structure of 5C was determined by spectroscopic analysis.
Keywords:High energy materials;pentaazapropellane;nitroazapropellane
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  6. 진공펌프를 연결한 증류장치를 설치하고 플라스크에 곱게 갈은 NaNO3 (1.18 mol, 100 g)를 담고 dropping funnel을 연결하여 fuming H2SO4 (>25% SO3, 0.735 mol, 72.0 g)을 담는다. 장치의 내부 를 저압 상태로 유지한 뒤, dropping funnel로 황산을 천천히 가한 다. 저압, 실온 조건에서 생성된 질산은 증류장치를 통해 질소 분위 기하에서 -78 ℃ 의 저온에서 수집하여 투명하거나 약간 노란색의 액체상태로 얻었다(39.7 g, 62%).
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