硝酸胍的合成

硝酸胍的合成一、简介。硝酸胍，又名硝酸二氨脲。化学式为[C(NH2)3]NO3，是一种极为重要的有机合成中间体。在医学，能材等多个领域都有非常重要的应用。在能材领域，合成硝基胍、三氨基胍硝酸盐、偶氮四唑二胍、偶氮四唑三氨基胍等，甚至662，都需要硝酸胍做中间体。硝酸胍是白色晶体，密度1.44g/cm3，熔点214℃，分解温度270℃，硝酸胍在熔融状态和在沸腾的水溶液中都很稳定，不发生分解。硝酸胍易溶于水，且溶解度随温度变化较大（20℃——12.5%，55℃——32%，90℃——128%）。硝酸胍在乙醇中也有一定的溶解度，较水小——78℃溶解11.5%。硝酸胍是一种含能中间体，可以发生爆HX炸，但是爆轰能力很弱，难以直接作为主装药（和硝酸铵熔融装药除外），添加4%TNT后强起BOOW还不能引发完全爆轰。硝酸胍爆速约为3700m/s，计算爆温930℃，铅铸值140cm3.二、理论部分合成硝酸胍方法有很多，工业上生产主要用的是双氰胺法和尿素法。双氰胺法产率高，产出的硝酸胍纯度高质量好。但需要原料石灰氮十分难得（以前应该说过）。相比之下，尿素法使用的原料尿素和硝酸铵来源广泛，价格低廉，反应过程中不需要时刻搅拌，但是需要催化剂。文献报道的有效催化剂有三种，为粒状硅胶、活性二氧化硅和活性氧化铝，其中催化效果最好的是活性二氧化硅，无奈能买到二氧化硅而买不到活性二氧化硅。终上所述，本次合成用尿素和硝酸铵缩合的方法，使用粒状硅胶作为催化剂。其合成路线如下：用料比的确定：可以看出，在硝酸铵和尿素之比为1:1.5左右，产率较高，但考虑到纯度问题，硝酸铵最好过量。所以选定比例为：硝酸铵：尿素=1:1.45。反应温度的确定：反应是在熔融状态下进行，由于硝酸铵在205℃左右开始分解，所以反应温度不可超过205℃，由文献给出的图像得知，温度控制在180~200℃之间是比较好的，最佳反应温度约为195℃，因为穷孩子没有精确控温的仪器，所以本次反应的温度控制在190℃-200℃。反应时间的确定：根据文献给出的数据，在25小时后胍含量恒定，约为46%，在5个小时后增长缓慢。首先对于我来说，还有三十个小时就要去上课了，反应25小时明显不实际。所以本次反应时间选定5小时，胍含量可达到42%以上。终上所述：1、本次用尿素法合成硝基胍2、投料比硝酸铵：尿素=1：1.453、反应温度控制在190-200℃4、反应时间大约为5小时补充:反应会放出大量氨气，故最好在室外或者有通风装置的实验室中完成。穷孩子，于是就选择在阳台，加上电风扇把氨气抽入大气对流层。三、实验部分实验所需仪器：400ml烧杯一个、250ml烧杯一个、100ml量筒一个、0.1g/500g迷你电子称一台、250℃水银温度计一根、玻璃棒一根、固液分离装置一套（抽滤）、DIY控温电炉一个。实验所需试剂：硝酸铵（AR）、尿素（AR）、变色硅胶（AR）、蒸馏水（屈臣氏）、冰（家用冰箱自制）。称量尿素，80g称量硝酸铵，120g,考虑潮解，稍过量。硅胶，37g全部倒入400ml烧杯。其实混合均匀什么的无所谓，到时都是要熔融的。放入油浴锅中，插入热电偶和温度计。根据温度，油浴选择花生油。调温，根据这个东西的性质，控温在193度。开电炉，加热。话说现在气温24摄氏度。。。开大。温度开始上升。一股花生油的香味扑面而来~~~呃，电炉果然快。。。两分钟后但是烧杯内温度。。。。好了，已经熔化，此时烧杯内温度为90摄氏度烧杯外已经。。。好，已经有氨气冒出，上风扇。烧杯内，此时温度约为135℃。这时，把电炉调小，以免余热影响。已经半小时了。烧杯内温度150，烧杯外160沸腾了。。。。40分钟后，烧杯内温度190摄氏度。这个。。。。。烧杯外温度手动控制，烧杯内一直维持在190-195一小时后，烧杯内温度基本稳定在192-198摄氏度。喝杯茶休息一下。两小时后。。。已过三小时。。。接近四小时。。。天晚了。。。嗯，现在已经没有氨气的味道了呃，四个半小时后，。。。。算了，不等了。取出烧杯用水冷却，直到烧杯中产物为固体。量取80ml水。倒入烧杯中，加热至沸腾。事故，途中受热不均匀而烧杯破裂。（我明明有垫石棉网==）结果。。得到烧杯底的大饼。。。。是硝酸胍和变色硅胶的共熔物。。。。之后溶于热水过滤回收硅胶，并且得到硝酸胍胶体溶液。再用热水洗涤硅胶，与滤液合并。将硝酸胍溶液冰水浴至三摄氏度析出固体。过滤，干燥。文献产率92%。使用电炉加热玻璃仪器的时候注意一定要水浴或者油浴，就算垫石棉网也是可能会爆的。。。。普通的实验还是用酒精灯吧。。。。