FROM A GROUP OF COORDINATION COMPOUNDS Stanis³aw Cudzi³o, Marcin Nita
5. KOMPLEKSOWE INICJUJ¥CE MATERIA£Y WYBUCHOWE ZAWIERAJ¥CE ALIFATYCZNE POLIAMINY
Alifatyczne poliaminy, podobnie jak karbohydrazyd, s¹ znanymi chelatowymi ligandami i mog¹ tworzyæ trwa³e zwi¹zki kompleksowe. Jednak s¹ stosunkowo rzadko stosowane jako elementy sk³adowe zwi¹zków wybuchowych, poniewa¿ zawieraj¹ du¿o wêgla. Je¿eli z jakiœ wzglêdów wskazane jest ich u¿ycie wybiera siê najczêœ-ciej etylenodiaminê (H2NCH2CH2NH2), a ponadto konieczne jest zastosowanie anio-nów bogatych w aktywny tlen. Wówczas powstaje zwi¹zek o korzystnym bilansie tlenowym i wysokich parametrach detonacyjnych.
Ten tok rozumowania wykorzystali autorzy pracy [56]. Jednym z najzasobniej-szych w energiê zwi¹zków okaza³ siê chloran(VII) bis(etylenodiamina)miedzi(II). Analiza wyników tzw. testu wybuchu podwodnego pozwoli³a stwierdziæ, ¿e zwi¹-zek ten dorównuje znanym krusz¹cym materia³om wybuchowym pod wzglêdem zdolnoœci do wykonania pracy. Podobne w³aœciwoœci maj¹ tak¿e odpowiednie sole kobaltu rtêci i niklu: [Co(C2H8N2)3](ClO4)3, [Hg(C2H8N2)2](ClO4)2, [Ni(C2H8N2)3 ]-(ClO4)2. Kompleks niklu ma najmniej korzystny bilans tlenowy i w zwi¹zku z tym charakteryzuje siê najni¿szymi wartoœciami mierzonych parametrów energetycznych. Wysokoenergetycznymi materia³ami wybuchowymi s¹ kompleksowe zwi¹zki miedzi(II) i kadmu(II) zawieraj¹ce odpowiednio dwie i trzy cz¹steczki etylenodia-miny oraz dwa aniony trinitrometylowe [(C(NO2)3]– [72]. Centralny kation miedzi koordynuje dwie cz¹steczki etylenodiaminy i dwa aniony trinitrometylowe [Cu(C2H8 -N2)2(C(NO2)3)2]. W przypadku kadmu aniony s¹ zlokalizowane w zewnêtrznej sfe-rze kompleksu [Cd(C2H8N2)3][C(NO2)3]2. W obydwu zwi¹zkach cz¹steczki powi¹-zane s¹ silnymi, wielokrotnymi wi¹zaniami wodorowymi pomiêdzy grupami ami-nowymi i nitrowymi w trójwymiarow¹ sieæ, co przyczynia siê do zwiêkszenia stabil-noœci tej struktury.
Energie aktywacji rozk³adu tych zwi¹zków wynosz¹ odpowiednio: ok. 239 i 265 kJ/mol, a maksima pików rozk³adu s¹ po³o¿one w temperaturach 165 i 242°C
(technika DSC, szybkoœæ ogrzewania próbki 10°C/min.). Obydwa zwi¹zki s¹ nie-wra¿liwe na bodŸce mechaniczne i umiarkowanie nie-wra¿liwe na p³omieñ [72].
Charakter wybuchowy maj¹ tak¿e kompleksowe diazotany(V) bis(dietyleno-triamina)-miedzi(II), niklu(II) i cynku(II) [73]. Nie wykazuj¹ jednak w³aœciwoœci inicjuj¹cych, poniewa¿ zawieraj¹ zbyt ma³o tlenu, a anion azotanowy jest s³abszym utleniaczem ni¿ aniony chloranowe(VII) i trinitrometylowe [46].
PODSUMOWANIE
Zwi¹zki kompleksowe metali przejœciowych zawieraj¹ce ligandy organiczne o du¿ej zawartoœci azotu i aniony kwasów tlenowych maj¹ wiele istotnych zalet jako IMW. Ze wzglêdu na obni¿on¹ wra¿liwoœci na bodŸce inicjuj¹ce s¹ bezpiecz-niejsze w produkcji i u¿ytkowaniu, natomiast pod wzglêdem zdolnoœci inicjuj¹cej i pewnoœci dzia³ania nie ustêpuj¹ obecnie stosowanym IMW. Ponadto s¹ znacznie mniej toksyczne, a to oznacza mniejsze zagro¿enie dla zdrowia ludzi i czystoœci œro-dowiska zarówno podczas ich syntezy jak i póŸniejszego wykorzystywania. Z pe³n¹ odpowiedzialnoœci¹ mo¿na je uznaæ za produkty tzw. „zielonej” chemii, poniewa¿ zazwyczaj otrzymuje siê je w œrodowisku wodnym i w niskich temperaturach.
Niektóre zwi¹zki koordynacyjne o w³aœciwoœciach wybuchowych mog¹ byæ z ³atwoœci¹ zainicjowane do detonacji lub spalania za pomoc¹ promieniowania lase-rowego. Wykorzystuje siê je w zaawansowanych technologicznie (najnowszej gene-racji) œrodkach inicjuj¹cych dzia³aj¹cych od promieniowania laserowego oraz do wytworzenia œwiat³oczu³ych warstw pewnie detonuj¹cych po ich oœwietleniu wi¹zk¹ promieniowania generowanego przez niewielkie, przenoœne lasery lub nawet diody laserowe.
PODZIÊKOWNIE
Praca naukowa finansowana ze œrodków na naukê w latach 2008–2010 jako projekt rozwojowy nr O R00 0011 06.
PIŒMIENNICTWO CYTOWANE
[1] L.I. Bagal, Chemistry and Technology of Primary Explosives (in Russian), Moscow 1975. [2] T. Urbañski, Chemistry and Technology of Explosives, vol. 4, pp. 462–505, Pergamon Press, Oxford
1984.
[3] M.A. Ilushin, I.V. Tselinskii, A.M. Sudarikov, Development of Components of High Energetic Compositions, Saint-Petersburg 2006.
[4] D.M. Badgujar, M.B. Talawar, S.N. Asthana, P.P. Mahulikar, J. Hazard. Mater., 2008, 151, 289. [5] M.B. Talawar, R. Sivbalan, T. Mukundan, H. Muthurajan, A.K. Sikder, B.R. Gandhe, A. Subhananda
[6] D.E. Chavez, M.A. Hiskey D.L. Naud, Propellants, Expols., Pyrotech., 2004, 29, 209.
[7] G. Drake, T. Hawkins, A. Brand, L. Hall, M. Mckay, A. Vij, I. Ismail, Propellants, Expols., Pyrotech, 2003, 28, 174.
[8] V.A. Ostrovsky, M.S. Pevzner, M.S. Kofman, I.V.I.V. Tselinskii, Targets Heterocycl. Syst., 1999,
3, 467.
[9] V.P. Sinditskii, V.V. Serushkin, Def. Sci. J. 1996, 46, 371.
[10] M.L. Lieberman, J.W. Fronabarger, Status of the development of 2-(5-cyanotetrazolato)-penta-aminecobalt(III) perchlorate for DDT devices, Proc. 7th Int. Pyrotechnic Seminar, Colorado, 1980, 322.
[11] M.L. Lieberman, Ind. Eng. Chem. Prod. Res. Dev., 1985, 24, 436.
[12] J.W. Fronabarger, J.W. Fleming, M.L. Lieberman, Performance of chemical analogs of the explo-sive CP, Proc. 11th Symposium on Explosives and Pyrotechnics, Philadelphia, 1981, 38–1. [13] M.A. Ilushin, I.V. Tselinskii, Russ. J. Chem., 2001, 45, 72.
[14] M.A. Ilushin, I.V. Tselinskii, A. Yu. Zhilin, Hanneng Cailiao (Energetic Materials) 2004, 12, 15. [15] A.V. Smirnov, M.A. Ilushin, I.V. Tselinskii, Russ. J. Appl. Chem., 2004, 77, 794.
[16] L.R. Bates, The potential of tetrazoles in initiating explosive systems, Proc. 13th Symposium on Explosives and Pyrotechnics, Head Island, 1986, 3–1.
[17] J.W. Fronabarger, A. Schuman, R.D. Chapman, W. Fleming, W. B. Sanborn, Chemistry and deve-lopment of BNCP – a novel DDT explosive, Proc. 31st AIAA-Joint Propulsion Conference, San Diego, 1995.
[18] J.W. Fronabarger, W.B. Sanborn, T. Massis, Recent activities in the development of the explosive BNCP, Proc. 22nd Int. Pyrotechnic Seminar, Chandler, 1996, 645.
[19] S.D. Lun, M.A. Feng, S.F. Long, L. Qiao-Liao, Hanneng Cailiao (Energetic Materials) 2000, 8, 100.
[20] M.A. Ilushin, I.V. Teslinskii, Russ. J. Chem., 2001, 45, 72. [21] V.F. Zhilin, V.L. Zbarskii, Chem. Technol., 2001, 5, 6.
[22] P.E. Luebecke, P.M. Dickson, J.E. Field, Proc. Royal Society, 1995, 448, 439. [23] A. Yu. Zhilin, M.A. Ilushin, I.V. Tselinskii, Russ. J. Appl. Chem., 2001, 74, 96. [24] A. Yu. Zhilin, M.A. Ilushin, I.V. Tselinskii, Russ. J. Appl. Chem., 2003, 76, 592. [25] M.B. Talawar, A.P. Agrawal, S.N. Asthana, J. Hazard. Mater., 2005, A120, 25.
[26] M.B. Talawar, J.S. Chhabra, A.P. Agrawal, S.N. Asthana, K.U.B. Rao, Haridwar Singh, J. Hazard. Mater., 2004, A113, 27.
[27] M.H.V. Huynh, M.A. Hiskey, T.J. Meyer, M. Wetzler, PNAS, 2006, 103, 5409. [28] M.H.V. Huynh, M.D. Coburn, T.J. Meyer, M. Wetzler, PNAS 2006, 103, 10322.
[29] M.A. Hiskey, M.H.V. Huynh, Primary Explosives, Patent Application Publication US 2006/0030715 A1, Feb. 9, 2006.
[30] M.H.V. Huynh, Lead-free Primary Explosives, Patent Application Publication US 2008/0091029 A1, Apr. 17, 2008.
[31] M. Friedrich, J.C. Galvez-Ruiz, T.M. Klapotke, P. Meyer, B. Weber, J.J. Weigand, Inorg. Chem., 2005, 44, 8044.
[32] A. Yu. Zhilin, M.A. Ilushin, I.V. Tselinskii, Yu. A. Nikitina, A.S. Kozlov, I.V. Shugalei, Russ. J. Appl. Chem., 2005, 78, 188.
[33] M.A. Ilushin, I.V. Tselinskii, I.V. Bachurina, Yu. A. Gruzdev, V.P. Sinditskii, V.V. Serushkin, V. Yu. Egorshev, Central Eur. J. Energetic Mater. 2006, 3, 41.
[34] I.V. Bachurina, M.A. Ilushin, I.V. Tselinskii, Yu. A. Gruzdev, Russ. J. Appl. Chem., 2007, 80, 1643. [35] M.A. Ilushin, I.V. Tselinskii, I.A. Ugrumov, A. Yu. Zhilin, A. S. Kozlov, Coordination complexes as inorganic primary explosives, Proc. 6th Seminar New Trends in Research of Energetic Mate-rials, Pardubice, Czech Republic, 2003, 146.
[36] M.A. Ilushin, I.V. Tselinskii, Method of preparation of (5-hydrazinotetrazole)mercury(II) perchlo-rate, Russ. Patent RU 2225640 C2, 2004.
[37] I.A. Ugrumov, M.A. Ilushin, I.V. Tselinskii, A.S. Kolov, V. Yu. Dolmatov, I.V. Shugalei, A.N. Golovchak, Study of sub-micron structured photosensitive primary explosives for laser initiation systems, Proc. 7th Seminar New Trends in Research of Energetic Materials, Pardubice, Czech Republic, 2004, 307.
[38] D.B. Lempert, G.N. Nechiporienko, S.I. Soglasova, Chem. Physics, 2004, 23, 75. [39] M.A. Ilushin, I.V. Tselinskii, Russ. J. Appl. Chem. 2000, 73, 1305.
[40] A.V. Chernai, V.V. Sobolev, V.A. Chernai, M.A. Ilushin, A. Dlugashek, Comb., Expl., Shock Waves 2003, 39, 335.
[41] J.G. Haasnoot, Coord. Chem. Rev., 2000, 200-202, 131.
[42] G.V. Romanenko, Z.A. Savelieva, N.V. Podberezeskaya, S.V. Larionov, J. Struct. Chem., 1997,
38, 171.
[43] L.G. Lavrenova, S.V. Larionov, S.A. Grankina, Izv. Sib. Otd. Akad. Nauk SSSR Ser. Khim., 1979,
5, 88.
[44] S. Cudzi³o, M. Nita, J. Hazard. Mater., 2009, doi: 10.1016/j.jhazmat.2009.12.008.
[45] V.P. Sinditskii, V.I. Sokol, A.E. Fogelzang, M.D. Lutov, V.V. Serushkin, M.A. Poray-Koshitz, B.C. Svietlov, Russ. J. Inorg. Chem., 1987, 32, 1950.
[46] A.E. Fogelzang, V.P. Sidnitskii, V. Y. Egorshev, V. V. Serushkin, Effect of structure of energetic materials on burning rate, Mat. Res. Soc. Symp. Proc., 1996, 418, 151.
[47] M. Nita, S. Cudzi³o, M. Celiñski, Nowy inicjuj¹cy materia³ wybuchowy – chloran(VII) m-4-ami-no-1,2-4-triazol-m-dichloromiedŸ(II), Biul. WAT, 2010, 59, (w druku).
[48] I.A. Ugryumov, M.A. Ilushin, I.V. Tselinskii, A.S. Kozlov, Russ. J. Appl. Chem., 2003, 76, 439. [49] S. Cudzi³o, R. Szmigielski, Biul. WAT, 2000, 49, 5.
[50] M.A. Ilushin, I.V. Tselinskii, The influence of the structure of the salts of azoles upon the process of their thermal and laser initiation, Proc. 8th Seminar New Trends in Research of Energetic Mate-rials, Pardubice, Czech Republic, 2005, 213.
[51] M.A. Ilushin, I.V. Tselinskii, N.A. Petrova, Hanneng Cailiao (Energetic Materials) 1995, 3, 22. [52] M.A. Ilushin, I.V. Tselinskii, N.A. Petrova, A.V. Chernai, Hanneng Cailiao (Energetic Materials),
1996, 4, 139.
[53] J.J. Liu, X. He, M. Shao, M.-X. Li, J. Mol. Struct., 2009, 919, 189.
[54] Z. Shunguan, W. Youchen, Z. Wenyi. M. Jingyan, Propellants, Expols., Pyrotech., 1997, 22, 317. [55] J.S. Chhabra, M.B. Talawar, P.S. Makashir, S.N. Asthana, Haridwar Singh, J. Hazard. Mater.,
2003, A99, 225.
[56] A. Wojewódka, J. Be³zowski, Z. Wilk, J. Staœ, J. Hazard. Mater., 2009, 171, 1175. [57] Z. Liu, T. Zhang, J. Zhang, S. Wang, J. Hazard. Mater., 2008, 154, 832.
[58] Z. Shunguan, M. Peng, C. Shijin, L. Yan, Z. Li, Synthesis methods oh nickel hydrazine azide (NHA) and its characterization, Proc. 2009 Int. Autumn Sem. Propellants, Explos., Pyrotech., Kunming, China, 2009, 35.
[59] K.O. Groves, Nitroform-hydrazine coordination compounds, US Patent 3,140,317, 1964. [60] R.L. Dutta, A.K. Sarkar, J. Inorg, Nucl. Chem., 1981, 43, 2557.
[61] M.G. Ivanov, I.I. Kalinichenko, M. Savitskiia, Koord. Khim, 1985, 11, 45.
[62] V.P. Sinditskii, A.E. Fogelzang, M.D. Dutov, V.I. Sokol, V.V. Serushkin, B.S. Svetlov, M.A. Poray-Koshitz, Russ. J. Inorg. Chem., 1987, 32, 1944.
[63] T.S. Konkova, Yu. N. Matushin, V. P. Sinditskii, Chem. Phys. Rep., 1995, 14, 865. [64] M. Akiyoshi, H. Nakamura, Y. Hara, J. Jpn. Explos. Soc., 1996, 57, 238.
[65] V.V. Andreev, A.G. Hekludov, S.A. Pozdiakov, V.P. Sinditskii, A.E. Fogelzang, V.V. Serushkin, V. Yu. Egorshev, V.I. Kolesov, Primer detonator (variants), Patent RU 2 104 466 C1, 1998.
[66] M.B. Talawar, A.P. Agrawal, J.S. Chhabra, S.N. Asthana, J. Hazard. Mater., 2003, A113, 57. [67] L. Chunhua, Z. Tonglai, C. Ruijiao, Synthesis, molecular structures and explosive properties of
[M(CHZ)3](ClO4)2 (M = Cd, Ni, Mn), Proc. 1999 Int. Autumn Sem. Propellants, Explos., Pyro-tech., Chengdu, China, 1999, 33.
[68] J. Zhang, T. Zhang, L. Yang, J. Zhang, Y. Cui, X. Hu, Z. Liu, Propellants, Explos., Pyrotech., 2009,
34, 24.
[69] Z. Tonglai, L. Chunhua, Z. Jianguo, Y. Kaibei, Propellants, Explos., Pyrotech., 2003, 28, 271. [70] S. Cudzi³o, W. Trzciñski, J. Energ. Mater., 2001, 19, 1.
[71] K.Y. Lee, L.B. Chapman, M.D. Coburn, J. Energ. Mater., 1987, 5, 27.
[72] L. Yang, J. Zhang, T. Zhang, J. Zhang, Y. Cui, J. Hazard. Mater., 2008, doi:10.1016/j.jhaz-mat.2008.08.096.
[73] G. Singh, D.K. Pandey, J. Therm. Anal. Cal., 2004, 76, 507. Praca wp³ynê³a do Redakcji 10 stycznia 2010