TATB高效液相內標物質的篩選

摘要：為了獲得優良的1，3，5-三氨基-2，4，6-三硝基苯（TATB）高效液相內標物質，設計合成了3，5-二氨基-2，4，6-三硝基苯酚（DATNP）、1，3，5-三甲氨基-2，4，6-三硝基苯（TMATNB）、2，4，6-三硝基苯胺（TNAB）和N-甲基-2，4，6-三硝基苯胺（TNMAB）等TATB類似物，開展了其高效液相色譜、紫外可見光譜和穩定性等研究，并對內標物質進行了純化和應用研究。結果表明：TNMAB可作為TATB高效液相色譜內標物質；經甲醇/乙酸乙酯重結晶，TNMAB的純度達99.85%；以TNMAB作為高效液相內標物測定TATB純度時，精度較高，滿足高效液相內標法定量分析要求。

關鍵詞：含能材料 合成 高效液相色譜 紫外光譜 內標物質

中圖分類號：TJ55；O64 文獻標志碼：A 文章編號：1671-8755（2025）01-0022-06

Screening of the High-performance Liquid Internal Standard Substances for TATB

ZHANG Xiaotian¹， WANG Xinyu¹， WANG Yuqing¹， HUANG Ming²， YANG Haijun¹

（1. School of Materials and Chemistry， Southwest University of Science and Technology， Mianyang 621010， Sichuan， China; 2. Institute of Chemical Materials， China Academy of Engineering Physics， Mianyang 621900， Sichuan， China）

Abstract： In order to obtain excellent high-performance liquid chromatography （HPLC） internal standard substances for 1，3，5-triamino-2，4，6-trinitrobenzene （TATB）， TATB analogues such as 3，5-diamino-2，4，6-trinitrophenol （DATNP）， 1，3，5-trimethylamino-2，4，6-trinitrobenzene （TMATNB）， 2，4，6-trinitroaniline （TNAB）， and N-methyl-2，4，6-trinitroaniline （TNMAB） were designed and synthesized. Their HPLC spectra， UV-Vis spectroscopy， and stabilities were studied. And the purification and application of the obtained internal standards were studied. The results indicate that TNMAB can be used as the HPLC internal standard for TATB; TNMAB has a purity of 99.85% via recrystallization with MeOH/AcOEt; In the determination of the purities of TATB， the HPLC method using TNMAB as internal standard has good reproducibility and high precision， meeting the requirements of HPLC quantitative analysis.

Keywords： Energetic materials; Synthesis; High-performance liquid chromatography; UV spectrum; Internal standard substance

1，3，5-三氨基-2，4，6-三硝基苯（TATB）是一種綜合性能十分優異的鈍感單質炸藥^［1-3］。目前，TATB的合成方法有含鹵法和無鹵法^［4-5］。不同方法所得TATB均含有不同的雜質，可能對TATB的生產、貯存或使用等過程產生負面影響^［6-8］。因此，單質或配方中TATB的高效、準確分析極為重要。

由于TATB溶解性極差，從而限制了其分析方法的發展^［9-10］。目前，已報道的TATB分析方法有滴定法^［11-12］、薄層色譜（TLC）^［6］、高效液相色譜（HPLC）^［13-15］等。滴定法需要經過水解或電化學還原等反應過程，存在繁瑣、精度差等問題。薄層色譜（TLC）可以定性分析雜質，但無法定量分析TATB。高效液相色譜（HPLC）則具有快速、高效、準確等特點，可用于TATB的雜質和純度分析。目前，TATB純度主要采用HPLC外標法測定^［14-15］，但進樣量、檢測器波動等因素會產生系統誤差^［16］，且由于基體效應，復雜體系中TATB的定量分析還存在困難^［17］。相較于HPLC外標法，HPLC內標法可以避免外標法存在的固有問題，檢測結果更準確^［18-19］。HPLC內標法的關鍵和難點在于內標物質的研制。內標物質需滿足以下要求^［20-22］：（1）不是且不含產品固有雜質；（2）具有產品類似結構，且HPLC保留時間和紫外可見光譜（UV-Vis）最大吸收波長與產品相近；（3）純度高，質量穩定。綜上，開展TATB的HPLC內標物質研究，尤其開展普適于不同來源TATB的HPLC內標物質研究，從而獲得可實際使用的HPLC內標物質，對于TATB品質控制、裝備質量保障等具有現實意義。

本研究設計合成了3，5-二氨基-2，4，6-三硝基苯酚（DATNP）、1，3，5-三甲氨基-2，4，6-三硝基苯（TMATNB）、2，4，6-三硝基苯胺（TNAB）和N-甲基-2，4，6-三硝基苯甲胺（TNMAB）等一系列TATB類似物，篩選獲得了TATB的HPLC內標物質TNMAB。

1 實驗部分

1.1 實驗與儀器

試劑：甲胺水溶液和氨水，分析純，上海阿拉丁生化科技股份有限公司；氫氧化鈉、四氫呋喃、甲苯，分析純，成都市科隆化學品有限公司；2，4，6-三硝基苯酚（TNP）、2，4，6-三硝基氯苯（TNCB），上海麥克林生化科技有限公司；1，3，5-三氯-2，4，6-三硝基苯（TCTNB），實驗室合成。

儀器：傅里葉變換紅外吸收光譜儀，美國Perkin Elmer公司；Ultimate 3000DGLC雙三元、二維液相色譜儀，中國賽莫飛世爾科技有限公司；Brucker Avance 600型核磁共振波譜儀，瑞士Brucker 公司。

1.2 合成路線

參考文獻［23-25］方法，分別以2，4，6-三硝基苯酚（TNP）、1，3，5-三氯-2，4，6-三硝基苯（TCTNB）、2，4，6-三硝基氯苯（TNCB）為原料，合成得到DATNP，TMATNB，TNAB或TNMAB。合成路線如圖1所示。

1.3 實驗步驟

1.3.1 DATNP的合成

將3-氨基-1，2，4-三唑（ATA，7.34 g，87.30 mmol）和乙醇鈉（12.00 g，176.47 mmol）置于250 mL圓底燒瓶中，加入DMSO（180 mL）。室溫攪拌1 h，逐滴滴加含有2，4，6-三硝基苯酚（TNP，4.00 g，17.46 mmol）的DMSO（40 mL）溶液，滴加時間約1 h。然后，加熱至90 ℃，反應3 h。冷卻至室溫，緩慢倒入260 mL冰水混合物中。用鹽酸調節pH值至3，析出大量固體，過濾，乙醇和水各洗2次，DMSO/H₂O重結晶得到DATNP（3.38 g），產率74.80%，純度為98.77%（面積歸一法）。

FT-IR （KBr，σ/cm^-1）：3 438，3 369，3 314，3 262，1 617，1 539，1 492，1 334，639；¹H NMR（DMSO-d₆，600 MHz） δ（10^-6）：9.15 （s，4H）；¹³C NMR （DMSO-d₆，150 MHz） δ（10^-6）：113.38，117.75，147.09，157.52；m/s （ESI）：257.93 ［M-H］^-。

1.3.2 TMATNB的合成

將TCTNB（1.00 g，3.18 mmol）溶于10 mL甲苯中，加入3 mL甲胺水溶液（40%），攪拌反應2 d。體系中逐漸析出黃色固體，過濾，甲醇洗滌兩次，干燥，得到TMATNB（0.73 g），產率76.50%，純度為83.66%（面積歸一法）。

FT-IR （KBr，σ/cm^-1）：3 450，3 260，1 616，1 592，1 496，1 436，1 322，713；¹H NMR （DMSO-d₆，600 MHz） δ（10^-6）：2.38 （s，9H），9.12 （s，3H）；¹³C NMR （DMSO-d₆，150 MHz） δ（10^-6）：39.97，121.55，153.36；m/s （ESI）：299.07 ［M-H］^-。

1.3.3 TNAB的合成

將TNCB（2.00 g，8.10 mmol）置于50 mL圓底燒瓶中，加入20 mL甲苯和8 mL氨水。安裝油封，加熱至50 ℃ 反應24 h，體系中逐漸析出黃色固體。冷卻至室溫，過濾，乙醇洗，干燥，得到TNAB （1.43 g），產率77.30%，純度為99.76%（面積歸一法）。

FT-IR（KBr，σ/cm^-1）：3 437，3 104，3 083，1 635，1 593，1 525，1 328；¹H NMR （DMSO-d₆，600 MHz） δ（10^-6）：8.99（s，2H），9.06（s，2H）；¹³C NMR （DMSO-d₆，150 MHz） δ（10^-6）：128.53，133.08，134.69，144.03；m/s（ESI）：227.05［M-H］^-。

1.3.4 TNMAB的合成

將TNCB（2.00 g，8.10 mmol）溶于20 mL 甲苯之中，常溫下滴加3 mL甲胺水溶液（40%）。常溫，劇烈攪拌反應1 d，逐漸析出固體。過濾析出的固體，水洗，干燥，得到TNMAB（1.56 g），產率 79.80%，純度為94.54%（面積歸一法）。

FT-IR （KBr，σ/cm^-1）：3 330，3 104，3 083，2 945，1 624，1 586，1 532，1 467，1 360，1 330；¹H NMR （DMSO-d₆，600 MHz） δ（10^-6）：2.83 （s，3H），8.93 （s，2H），9.18 （s，1H）；¹³C NMR （DMSO-d₆，150 MHz） δ（10^-6）：33.60，127.48，132.73，136.46，143.71；m/s （ESI）：241.10 ［M-H］^-。

1.3.5 TNMAB的純化

取TNMAB 10.00 g，加入少量石油醚，加熱至回流。保持回流狀態，緩慢補加乙酸乙酯，直至固體完全溶解。冷藏放置析出 TNMAB晶體，過濾后向晶體加入少量甲醇，加熱至回流并保持回流狀態，緩慢補加乙酸乙酯，直至晶體完全溶解，然后冷卻靜置12 h，得到TNMAB晶體。過濾，干燥，得到二次重結晶產物TNMAB（5.02 g）。

1.4 分析表征

采用HPLC，UV-Vis對合成的一系列TATB類似物進行檢測。HPLC測試條件：色譜柱ZORBAX SB-phentyl（長250 mm，內徑4.6 mm，填料粒徑5 μm）；流動相乙腈/0.1%三氟乙酸水，流速1.000 mL/min，進樣量5 μL。

1.5 TATB純度測試

TNMAB內標溶液配制：稱取TNMAB （200.0±0.1） mg于100 mL容量瓶中，精確至0.001 mg，加入約95 mL DMSO，超聲振蕩至溶解完全，靜置至室溫后定容。

TATB標準溶液配制：稱取TATB標準物質（3.6±0.1），（4.1±0.1），（4.6±0.1），（5.4±0.1） mg各一份，分別置于100 mL容量瓶中，精確至0.001 mg。每個容量瓶分別加入約95 mL DMSO，超聲振蕩至溶解完全，靜置至室溫，準確加入1.00 mL TNMAB內標溶液后定容。

1.6 校準曲線繪制

將配置得到的TATB標準溶液在選定的色譜條件下進樣測定，每個質量平行進樣2～3次，計算峰面積的平均值（表1）。

以TATB的質量為橫坐標，TATB峰面積與內標物TNMAB峰面積之比為縱坐標，繪制校準曲線（圖2）。曲線通過原點，說明峰面積之比y與TATB質量x呈良好的線性關系，線性回歸方程為y=1.06443x，相關系數R²=0.99997。

1.7 TATB純度測試

以TNMAB為內標，對TATB純度進行HPLC測試。按以下公式計算樣品中TATB的純度：

c=m_i/m×100%

式中：c為樣品中TATB的純度，%；m_i為由校準曲線計算所得樣品中TATB的質量，mg；m為樣品的質量，mg。

2 結果與討論

2.1 TATB內標物質的合成

化合物的HPLC和UV-Vis光譜行為主要與其母體結構和官能團有關。TATB含有1個苯環、3個硝基和3個氨基，其中，氨基不僅是TATB紫外可見光譜行為的主要助色基團，也是TATB高效液相色譜行為的主要影響基團。因此，設計TATB類似物時保留了TATB的2，4，6-三硝基苯結構，并在此結構中引入了氨基等助色團，得到DATNP，TMATNB，TNAB和TNMAB等潛在化合物。

2.2 TATB內標物的篩選

2.2.1 樣品的紫外可見光吸收波長

化合物TATB，DATNP，TMATNB，TNAB和 TNMAB的紫外可見光譜如圖3所示。TATB的吸收峰值在354 nm附近；DATNP，TMATNB，TNAB和TNMAB分別在364，372，321，342 nm附近存在吸收峰。DATNP和TNMAB的吸收峰與TATB接近。

2.2.2 樣品HPLC測試的保留時間

由于DATNP是TATB的固有雜質之一，無法用作TATB的內標物質，對其進行HPLC行為和穩定性考察已無意義。測試得到TNMAB和TATB混合溶液的HPLC圖譜（圖4）。由圖可知，TATB的保留時間為4.187 min，TNMAB的保留時間為5.472 min，TNMAB與TATB高效液相色譜的保留時間較接近。

2.2.3 穩定性

將TNMAB溶于DMSO中，常溫存放，并間隔2 h測試一次其含量，連續測試10次（圖5）。結果表明，連續測試10次后TNMAB的含量沒有明顯變化，可見TNMAB在HPLC測試中較穩定。此外，HPLC監測發現TNMAB固體加熱或長期存放均比較穩定。因此，TNMAB符合TATB內標物的穩定性要求。

紫外可見光譜、高效液相色譜和穩定性分析表明TNMAB適合作為TATB的HPLC內標物質。

2.3 TNMAB的純化

對未經純化的TNMAB進行了HPLC分析（圖6）。結果表明，未經純化的TNMAB純度為94.62%，并且存在一些極性較大的雜質。利用高極性溶劑和中極性溶劑相結合的方式，用甲醇/乙酸乙酯重結晶，可得到具有較高純度的TNMAB產品，純度為99.85%，滿足其作為TATB的HPLC內標物的純度要求。

2.4 TATB的純度測試結果及測試精度

稱取樣品4.0～4.5 mg于100 mL容量瓶中，精確至0.001 mg，加入約95 mL DMSO，超聲振蕩至溶解完全，靜置至室溫，準確加入1.00 mL TNMAB內標溶液后定容。

在相同色譜條件下對同一樣品的濃度進行7次重復測試（表2），得到配置的TATB樣品的純度平均值為98.18%，求得該方法的標準偏差

為0.14，變異系數為0.14%?？梢奣NMAB作為HPLC內標物測定TATB純度時精度較高，滿足HPLC內標法定量分析要求。

3 結論

（1）設計并合成了DATNP，TMATNB，TNAB和TNMAB等TATB類似物，并對其進行了高效液相色譜、紫外可見光譜和穩定性研究，結果表明TNMAB適宜作為TATB高效液相色譜內標物質。

（2）采用高/中極性溶劑相結合的方式，用甲醇/乙酸乙酯重結晶，可簡便地得到較高純度的TNMAB產品，純度為99.85%。

（3）以TNMAB為HPLC內標物質，重復進行TATB純度測試，標準偏差為0.14，變異系數為0.14%，精度較高，符合TATB高效液相內標法定量分析要求。

參考文獻

［1］黃瑤. 無氯TATB綜合性能研究［D］. 南京： 南京理工大學， 2020.

［2］付小龍， 樊學忠， 李吉禎， 等. Fox-7的研究新進展［J］. 科學技術與工程， 2014， 14（14）： 112-119.

［3］JUREZ R， RAMOS M， SEGURA J L， et al. Synthesis and electrochemical and theoretical studies of V-shaped donor-acceptor hexaazatriphenylene derivatives for second harmonic generation［J］. Journal of Organic Chemistry， 2010， 75（22）： 7542-7549.

［4］PARASKOS A J， KRAMER M P. Methods for the production of 1，3，5-triamino-2，4，6-trinitrobenzene［P］. US12484917， 2009.

［5］VERHOEVEN J W， STEEMERS F J， VERBOOM W， et al. Complex comprising a rare-earth metal ion and a complexing moiety［P］. EP1019401， 1998.

［6］YASUDA S K. Identification of 1， 3， 5-triamino-2， 4-6-trinitrobenzene impurities by two-dimensional thin-layer chromatography［J］. Journal of Chromatography A， 1972， 72（3）： 481-486.

［7］SCHAFFER C L. Assay of TATB by HPLC［R］. Mason and Hanger-Silas Mason Co.， Inc.， Amarillo， TX （United States）， 1978.

［8］REYNOLDS J G， MUETTERTIES N K， NELSON A J， et al. LX-17 thermal decomposition-characterization of solid residues from cook-off in a small-scale vessel under confinement［J］. Propellants， Explosives， Pyrotechnics， 2021， 46（7）： 1136-1149.

［9］SCHMID R D， MITCHELL A R， PAGORIA P F. New synthesis of TATB process development studies［R］. 29th International Annual Conference of ICT. Karlsruhe ， Germany， 30 June-3 July， 1998.

［10］DA SILVA G， DA COSTA MATTOS E. Synthesis of 2， 4， 6-triamino-1， 3， 5- trinitrobenzene［J］. Journal of Aerospace Technology and Management， 2011， 3（1）： 65-72.

［11］BHATTACHARYYA S， PATIL R， SANTOSH M， et al. A validated reverse phase HPLC technique for the determination of TATB assay［J］. Central European Journal of Energetic Materials， 2016， 13（3）： 641-657.

［12］RIGDON L P， STEPHENS F B， HARRAR J E. Precise assay of TATB by the determination of total amino and nitro functional groups［J］. Propellants， Explosives， Pyrotechnics， 1983， 8（6）： 206-211.

［13］MACDOUGALL C L. Liquid chromatographic-spectrophotometric assay for TATB in TATB［R］. Mason and Hanger-Silas Mason Co.， Inc.， Amarillo， TX （United States）， 1977.

［14］KAYSER E G. Analysis methods for explosive materials-I. polynitro compounds［J］. Journal of Energetic Materials， 1983， 1（3）： 251-273.

［15］COFFEE K R， PANASCI-NOTT A F， STEWART B J， et al. Trace compound analysis in TATB by liquid chromatography coupled with spectroscopic and spectrometric detection［J］. Propellants， Explosives， Pyrotechnics， 2022， 47（4）： e202100224.

［16］鄭建國， 張展霞. ICP－AES中內標法的應用研究 Ⅲ.用內標法校正基體干擾［J］. 分析測試學報， 1996， 15（1）： 21-24.

［17］FU I， WOOLF E J， MATUSZEWSKI B K. Effect of the sample matrix on the determination of indinavir in human urine by HPLC with turbo ion spray tandem mass spectrometric detection［J］. Journal of Pharmaceutical and Biomedical Analysis， 1998， 18（3）： 347-357.

［18］TAO Z G， ZHAO X， JIANG X K， et al. A hexaazatriphenylene-based organogel that responds to silver（I） with high selectivity under aqueous condition［J］. Tetrahedron Letters， 2012， 53（14）： 1840-1842.

［19］韋林洪， 徐志英， 丁娟芳， 等. 高效液相色譜法測定阿比特龍的純度［J］. 化學分析計量， 2020， 29（5）： 54-56， 79.

［20］JóSZAI I， BALOGH C A， HáMORI C， et al. Determination of total radiochemical purity of［¹⁸F］FDG and［¹⁸F］FET by high-performance liquid chromatography avoiding TLC method［J］. Chromatographia， 2022， 85（5）： 469-479.

［21］朱莉， 梁貴鍵， 張蔚君， 等. HPLC體內藥物分析內標物快速選擇的新思路及其新方法［C］∥全國色譜學術報告會.鄭州， 2005.

［22］SARTOROS C， SALIN E D. Automatic selection of internal standards in inductively coupled plasma-mass spectrometry［J］. Spectrochimica Acta Part B： Atomic Spectroscopy， 1999， 54（11）： 1557-1571.

［23］MITCHELL A R， COBURN M D， GREGORY L S， et al. Synthesis of trinitrophloroglucinol and triaminotrinitrobenzene （TATB）［P］. US7057073， 2006.

［24］CORONA P， LORIGA M， COSTI M P， et al. Synthesis of N-（5， 7-diamino-3-phenyl-quinoxalin-2-yl）-3， 4， 5-substituted anilines and N-［4［（5， 7-diamino-3-phenylquinoxalin-2-yl）amino］benzoyl］-l-glutamic acid diethyl ester： evaluation of in vitro anti-cancer and anti-folate activities［J］. European Journal of Medicinal Chemistry， 2008， 43（1）： 189-203.

［25］COLASURDO D D， PILA M N， LAURELLA S L， et al. Evidence of the presence of minor tautomeric forms in selected nitroanilines［J］. Rapid Communications in Mass Spectrometry， 2021， 35（3）： e9000.