本文将介绍如何合成并应用4-氯-3,5-二硝基苯甲酸，深入探讨该化合物的合成方法以及其在耐热炸药合成中的具体应用。
简述：4-氯-3,5-二硝基苯甲酸，英文名称：4-Chloro-3,5-Dinitrobenzoic Acid，CAS：118-97-8，分子式：C7H3ClN2O6，外观与性状：淡黄色晶体。4-氯-3,5-二硝基苯甲酸可用作农药杀菌剂、医药、染料及化学合成中间体。
1. 合成：
以4-氯苯甲酸为反应原料，发烟硫酸和硝酸作为硝化试剂，合成4-氯-3,5-二硝基苯甲酸。最佳工艺条件为：反应时间4 h，硝化温度95 ℃，发烟硫酸20 mL，发烟硝酸 18 mL，4-氯苯甲酸用量5 g，产率最高为87.2%。具体实验步骤如下：
将20毫升20%发烟硫酸加入一个250毫升四口烧瓶中，烧瓶内装有搅拌器、温度计和回流冷凝管。在15摄氏度左右，通过恒压滴液漏斗缓慢滴加18毫升发烟硝酸，然后缓慢加入5克4-氯苯甲酸，加热至反应液温度达到90摄氏度，保持恒温反应4小时。反应结束后，将反应液冷却至室温，倒入碎冰中搅拌片刻，然后过滤，得到浅黄色固体。将滤饼多次用去离子水洗涤至无酸，干燥后得到淡黄色产物6.82克，产率约为87.2%。
2. 应用：合成4,4’-二氯-2,2',3,3',5,5',6,6'-八硝基偶氮苯。
新型耐热炸药是当今含能材料的重要研究方向，4,4’-二氯-2,2',3,3',5,5',6,6'-八硝基偶氮苯是一种非常重要的耐热炸药中间体，是一个大的共轭体系，具有N=N和多个硝基，它的分解温度可达340 ℃，其具有很多的衍生物BTDAONAB、BTeDAONAB、BNFDAONAB、BAFDAONAB、BNTDAONAB等，其中BTeDAONAB的分解温度为550 ℃，是目前世界上报道的耐热性能最好的炸药。
以4-氯-3,5-二硝基苯甲酸为反应原料，NaN3为胺化试剂，合成4-氯-3,5-二硝基苯胺，最后以4-氯-3,5-二硝基苯胺为反应原料，在浓硫酸存在下，以发烟硝酸为硝化剂和氧化剂，合成4,4'-二氯-2,2',3,3',5,5',6,6'-八硝基偶氮苯。具体步骤如下：
（1）合成4-氯-3,5-二硝基苯胺
量取10 mL 20%发烟硫酸加入一个装配有搅拌器、温度计和回流冷凝管的250 mL 四口烧瓶中，不断搅拌下缓慢加入5 g 4-氯-3,5-二硝基苯甲酸，待固体完全溶解后，用 滴液漏斗加入20 mL的三氯甲烷，将水浴锅温度设置为40 ℃，在剧烈搅拌下缓慢加入 2 g叠氮化钠，回流反应4 h。反应结束后将反应液冷却至室温，然后边搅拌边缓慢倒入冰水中，有暗黄色固体析出，抽滤，将滤饼用去离子水洗涤至无酸，得暗黄色产物4.16 g，粗产率94.3%。用乙酸乙酯重结晶，放入蒸发皿中，自然烘干，得到3.74 g，精致产率84.8%。
（2）合成4,4'-二氯-2,2',3,3',5,5',6,6'-八硝基偶氮苯
量取125 mL 98%浓硫酸加入一个装配有搅拌器、温度计和回流冷凝管的500 mL四口烧瓶中，不断搅拌下在15 ℃左右用恒压滴液漏斗滴加7.5 mL发烟硝酸。然后缓慢加入5 g 4-氯-3,5-二硝基苯胺，然后开启加热装置，缓慢升温至80 ℃（大约1 h左右），反应6 h。反应结束后自然冷却至室温，搅拌下缓慢倒入冰水中，有橙黄色固体析出，静置过滤得粗产品5.76 g，粗产率82%。使用薄层色谱对粗品进行分离。
参考文献：
[1]张天贝.4,4'-二氯-2,2',3,3',5,5',6,6'-八硝基偶氮苯的合成[D].中北大学,2017.
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