含能共晶的热分析筛选方法
使用热分析合理筛选共晶:含能材料基准Nikita V. Muravyev, Leonid L. Fershtat, Igor L. Dalinger, Kyrill Yu. Suponitsky, Ivan V. Ananyev, Igor N. Melnikov文章来源:Cryst. Growth Des. 2022, 22, 7349-7362.DOI:10.1021/acs.cgd.2c0096401 论文亮点1. 汇总了关于213种含能材料或与含能材料相似的共晶的数据。2.采用热分析筛选发在几种共形成剂中筛选出13种共晶,并制备获得了8种新型共晶。3.提出了一种共晶筛选程序,在涉及含能材料的基准测试中显示了优越的性能。02 研究背景 共晶设计是制药行业中一种重要且成熟的方法,但在含能材料领域,由于含能化合物富含爆炸基团以及溶解性的差异,因此含能共晶的设计和筛选面临着极大的挑战。现有的药物共晶筛选技术无法满足含能共晶筛选的需求,而热分析筛选法具有用量少、无需溶解步骤和产量高的优点,逐渐被更多研究人员关注和采用。03研究内容 为了估计筛选程序的准确性,作者汇总了213种含能材料或与含能材料结构相似的共晶的可用文献数据,获得一种建议热筛选程序算法,具体算法如图所示。图1 建议的热筛选程序算法使用热筛选程序算法在几种酸性含能材料、铵和羟铵含能盐、3-硝基-1,2,4-三唑作为共形成剂的体系中筛选新型共晶,并发现了13种共晶。建议热筛选程序对含能共晶的筛选准确度为75%(没有误报);作为对比,单次DSC筛选共晶检测的成功率为61%。然后,使用传统的晶体培养方法,制备了八种新型共晶,并报道了它们的X射线单晶结构。表1 酸性含能材料和非含能共混物的热筛选结果筛选了含两类冠醚的高能盐。热筛选结果显示,二硝胺铵和3,4,5-三硝基吡唑(ATNP)铵盐形成了新的共晶体;3-硝基-1,2,4-三唑(3NTr) 与5,5’-二硝基- 2H,2’H -3,3’-bi-1,2,4-三唑(DNBT)具有结构相似性,同样易于形成共晶;筛选了二羟基铵 5,5'-双四唑-1,1’-二醇(TKX-50)的潜在共晶结构,获得的18-crown-6共晶经X射线衍射分析证实是TKX-50已报道的第二个共晶结构。综上所述,本文提出了一个含能共晶和含能盐的热筛选程序,并且在对具有挑战性的共晶设计(含能材料)对象进行基准测试中显示了优越的性能。图2 DNPP/3NTr (a)和ATNP/Dibenzo-18-crown-6 (b)共晶结构04 作者介绍第一作者Nikita V. Muravyev,男,俄罗斯科学院N. N. Semenov联邦化学物理研究中心研究员,研究方向为热分析,动力学和含能材料。05 团队相关论文[1] Muravyev NV , Wozniak DR , Piercey DG. Progress and performance of energetic materials: open dataset, tool, and implications for synthesis[J]. Journal of Materials Chemistry, A. Materials for energy and sustainability, 2022, 20: 10.[2] Muravyev NV, Gorn MV, Melnikov I, et al. Autocatalytic Decomposition of Energetic Materials: Interplay of Theory and Thermal Analysis in the Study of 5-Amino-3,4-Dinitropyrazole Thermolysis[J]. Physical Chemistry Chemical Physics, 2022, 24: 16325-16342.[3] Muravyev NV, Vyazokin S. The Status of Pyrolysis Kinetics Studies by Thermal Analysis: Quality Is Not as Good as It Should and CanReadily Be[J]. Thermo, 2022, 2(4): 435-452 [4] Muravyev NV, Suponitsky KY, Fedyanin IV, et al. Bis-(2-difluoroamino-2,2-dinitroethyl)nitramine-Energetic oxidizer and high explosive[J]. Chemical Engineering Journal, 2022, 449: 137816.