UDMH分子结构的计算研究

为了从分子水平上了解1,1-二甲基肼(UDMH)的结构,分别采用RHF、DFT/B3LYP和MP2等量子化学方法对1,1-二甲基肼进行了几何结构全优化,获得了各种基组水平上的平衡几何构型。与实验测定的几何参数进行对比表明,理论计算的几何结构参数中,除C—N—N—H二面角和C—H键长明显低于实验值外,其他参数都与实验值非常吻合。计算结果表明,UDMH分子为交叉式结构,N—N键长约0.143nm,C—N键长约0.147nm,沿C—N—N—H的二面角约为86°。在6-31G基组水平上即可达到足够的计算精度。     

由原子化反应法求算高能化合物的生成热

基于DFT-B3LYP/6-31G*及HF/6-31G*水平的理论计算结果,借助原子化反应及严格的物理化学公式,对49种已有实验值的高能化合物的生成热进行了计算。与实验值的关联比较表明B3LYP/6-31G*水平的计算结果(x)与实验值(y)之间存在良好的线性关系;对49个标题物,线性方程为y=-75.79 0.98x,相关系数R=0.990,标准偏差SD=28.21。以此线性方法预测了高能化合物的生成热,所得结果与实验值偏差较小,表明B3LYP/6-31G*结合原子化反应是兼顾适用性和可靠性的计算高能化合物生成热的较好方法。基于HF/6-31G*水平的原子化反应法不适于计算高能化合物的生成热。     

3-4-双(3'-硝基苯-1'-基)氧化呋咱的热分解机理及量子化学研究

采用Gaussian 98中的DFT-B3LYP方法在6-31 G(d,p)基组水平下对3,4-双(3'-硝基苯-1'-基)氧化呋咱进行结构全优化及Wiberg键级计算,并采用TG-DSC-FITR-MS分析方法对其热分解机理进行研究.在优化的几何构型中,氧化呋咱环的六个原子为共平面结构,其中 O-N 配位键与双键相似...     

1,2,4-三唑-5-酮结构和性质的理论研究

对两种1,2,4三唑5酮的酮式互变异构体1,2,4三氢1,2,4三唑5酮(Ⅰ)和2,3,4三氢1,2,4三唑5酮(Ⅱ)进行了HF/631G水平、B3LYP/631G水平的几何构型全优化以及MP2/631G//B3LYP/631G水平的总能量计算,提供了两种互变异构体的几何构型参数、电子结构、原子所带净电荷和振动光谱,并对化合物的稳定性进行了比较,证明1,2,4三氢1,2,4三唑5酮为稳定构型,与实验结果相符。     

均四嗪热分解机理的从头算分子动力学模拟及密度泛涵理论研究

运用从头算分子动力学(AIMD)方法对均四嗪分子的热分解轨迹进行了模拟,用密度泛涵理论在B3LYP/6-311G(d,p)水平下计算了极小点和过渡态的几何结构和能量性质。然后在多种理论水平下(包括B3LYP/6-311 G(2df,2p)、G3MP2B3、G3B3、CCSD(T)/6-311G(d,p)、CCSD(T)/6-311 G(2df,2p))计算了反应物、产物和过渡态的单点能,并运用微正则变分过渡态理论(μVT)计算了均四嗪的热分解反应速率常数,得到较为准确可靠的反应信息。研究结果表明:均四嗪分子的热分解机理为协同的三键断裂,生成1个N2和2个HCN,此机理与均四嗪的光分解机理一致。     

多硝基吡啶的密度泛函理论研究

在B3LYP/6 31++G 理论水平上优化了一系列多硝基吡啶的几何构型,计算了它们的电子结构、分子摩尔体积和标准摩尔热力学性质。结果表明,在吡啶的2、6位引入硝基,环上C—N键变短,而在吡啶的3、4位引入硝基和2、6位引入氨基都对环上C—N键影响很小。氨基的引入可使与C—NH2相邻的C—NO2键级增大。在B3LYP/6 31++G 水平上,Mulliken集居数分析方法不适合于吡啶类化合物原子净电荷的计算,而自然集居数分析方法是比较适用的。3,5 二氨基 2,4,6 三硝基吡啶的理论计算密度达到了2.2g·cm-3,并且它的C—NO2键级略小于DATB,预示着其为高密度低感高能炸药。     

FOX-7热分解起始机理及NO2对其催化效应的理论研究

在B3LYP/6-31G(d,p)、MP4(SDTQ)/6-31G(d,p)、G3MP2B3等多种水平下计算了FOX-7的两种有分歧的起始热分解方式反应物、中间体和过渡态的能量,并以高水平的G3MP2B3方法得到的能量为准,计算了硝基断裂反应和异构化反应在温度范围2503300K下的速率常数。结果表明,在高温下FOX-7的主要起始热分解方式是C—NO2键断裂,与从头算分子动力学模拟结果相一致。探讨了FOX-7分解生成的NO2对FOX-7分解的影响,计算结果表明,有NO2存在时,分解能垒会降低,FOX-7的分解会加速。     

带电粒子对FOX-7裂解通道影响的密度泛函研究

为研究带电粒子(H_3O~+,OH~-,NO_2~+ and NO~+)对1,1-二氨基-2,2-二硝基乙烯(FOX-7)裂解通道的影响,采用密度泛函理论的B3LYP、B3PW91和PBE0泛函理论在6-31++G(d,p)基组下优化出了H_3O~+,OH~-,NO_2~+ 和 NO~+分别与FOX-7的复合体,从成键方式和静电势变化的角度分析了复合方式。在相同水平下,计算了各复合体不同裂解通道的活化能,并基于键长、键级、成键方式等电子结构参数的变化分析了活化能变化的本质。结果表明,在B3LYP/6-31++G(d,p)水平上,OH~-使两种构型C—NH_2键的离解能分别下降了260.7 k J·mol-1和74.3 k J·mol-1,H_3O~+,NO_2~+ 和 NO~+使C—NO_2键的离解能下降44~260 k J·mol-1,带电粒子使大部分复合体C—C键的离解能提高,但对硝基异构的活化能影响甚微,由过渡态分析可知,这源于硝基异构的过渡态具有的极其相似的几何构型。四种带电粒子都扰乱了单分子FOX-7相对稳定的结构,降低了FOX-7后续裂解的能垒,影响了FOX-7裂解中后期自加速反应的进程。     

静电放电对羟胺稳定性影响的密度泛函研究

为研究静电放电对羟胺稳定性的影响,采用密度泛函B3LYP方法在6-311++G(d,p)基组水平上,计算了羟胺分子在不同外电场(0~0.05a.u.)作用下的基态几何结构、电偶极距、电荷分布及分子总能量,并分析了HOMO能级、LUMO能级、能隙随外电场变化规律,然后利用杂化CIS-DFT方法在相同基组下研究了外电场对羟胺分子前9个激发态的影响。结果显示:分子的几何结构、电荷分布与外电场的大小呈现强烈的依赖关系。随着外电场的不断增加,分子的总能量逐渐减小,偶极距逐渐增大,能隙逐渐减小。同时,外电场对羟胺分子的激发态的激发能、波长和振子强度都有一定的影响。     

一种表征芳香族炸药撞击感度的简单方法

运用Gaussian98程序,在密度泛函理论(DFT)B3LYP/6-311 (d,p)水平下,对十一种芳香族含能材料(见表1)进行了几何全优化。在此基础上,首次运用核独立化学位移(NICS)的概念,采用标准的GIAO程序在B3LYP/6-311 G(d,p)水平计算了这十一种化合物中心的NICS值,记作NICS(0),结果表明撞击     

硝基三唑类衍生物的结构和爆轰性能的理论研究

采用B3LYP/6-31+G**方法对21种硝基三唑类衍生物体系进行了全优化,几何优化结果表明所有化合物均无虚频,为势能面上的稳定结构;采用Monte-Carlo方法理论估算了21种化合物的密度,并设计等键等电子反应计算了其生成焓;运用Kamlet-Jacobs预测了爆速、爆压,其爆速在7.08～9.53 km/s之间...     

三乙酰基三甲酰基六氮杂异伍兹烷分子结构理论研究

采用Gaussian 98软件包,在B3LYP/6-31G水平下,对三乙酰基三甲酰基六氮杂异伍兹烷( TATFIW)的分子结构进行了全优化和频率计算,通过理论上对TATFIW的分子结构（键长、键角、二面角、电荷）的分析,知TATFIW存在分子内氢键,在硝硫混酸中硝解乙酰基易于离去,与实验吻合。文中给出了TATFIW的IR振动频率、强度计算值与实验值的对比,振动频率相对误差小于3.6%．     

N-(6-羟基己基)-2-甲氧基-8-硝基苯偶氮基咔唑的合成与三阶非线性光学性能（英）

通过亲电取代反应和后重氮偶合反应合成了新的化合物N-(6-羟基己基)-2-甲氧基-8-硝基苯偶氮基咔唑,用红外谱(IR)、核磁氢谱(1H NMR)以及核磁碳谱(13C NMR)对其结构进行了表征。采用密度泛函理论的B3LYP/6-31G(d)方法优化了分子结构,在MP2/6-31G(d)的水平下进行单点能计算,N-(6-羟基己基)-2-甲氧基-8-硝基苯偶氮基咔唑顺反异构的相对能量ER为52.43 kJ·mol^-1。基于纳秒时域(4 ns,532 nm)Z-扫描技术对分子的三阶非线性光学性质进行了研究,闭孔Z-扫描分子表现出自散焦特性,开孔Z-扫描表明分子同时存在较强的饱和吸收和反饱和吸收。N-(6-羟基己基)-2-甲氧基-8-硝基苯偶氮基咔唑二阶超极化率γ为2.59×10-29 esu,品质因子达到1.5。     

面向高通量含能分子设计筛选的三种生成焓计算方法评估

高通量含能分子设计需要兼顾准确性与效率的性能预测方法。结合原子化方案，对常见的3种不同水平的理论方法（半经验PM6方法、密度泛函理论方法B3LYP/6-31G（d，p）和高精度的完全基组CBS-4M方法）用于高通量含能分子设计筛选的生成焓（HOF）计算适宜性进行了评估。计算并比较了20种含能分子的固相HOF，发现不同理论水平预测结果存在较大差异；而基于10种常见含能分子的不同水平下的HOF，实验密度和Kamlet-Jacobs（K-J）、Becker-Kistiakowsky-Wilson（BKW）与Virial-Wu （VLW）3种模型预测的爆轰性能差别不大。其中B3LYP方法具有最佳适宜性，具有较高的计算效率且爆轰性能预测结果同CBS方法接近，如基于BKW模型计算的爆速和爆压的平均相对偏差仅为0.4%和1.2%。而低精度的PM6方法和高耗时的CBS方法难以满足兼顾高通量含能分子设计筛选中的精度和效率的要求。这表明，在高通量的含能分子设计筛选中，可考虑中等精度的方法进行快速的HOF预测。     

全氮材料基础性能理论研究:Ⅱ.生成焓预测

为了准确预测全氮材料的生成焓,基于原子化反应,采用B3PW91、B3P86、B3LYP、X3LYP、O3LYP、M052X、M062X、M06HF、B2PLYP 9种密度泛函分别对52种多氮化合物的气相生成焓进行了计算。通过与实验数据对比,双杂化泛函B2PLYP的平均绝对偏差最小,为30.1 k J·mol~(-1),且优于G4方法,选择该泛函计算了N_4(T_d)、_N6(D_(3h))、N_8(O_h)、N_(10)(D_(5h))及N_(12)(D_(6h))5种全氮分子的气相生成焓,计算结果依次为756.4,1338.2,1878.5,2144.3,2787.0 k J·mol~(-1)。     

新型高能量密度化合物BNFDAONAB的结构与性能量子化学研究

设计了一种新型高能量密度化合物(HEDC)—N,N、-二(4-硝基呋咱基-3-基-)-4,4′-二氨基-2、2′,3、3′,5、5′,6、6′-八硝基偶氮苯(BNFDAONAB),采用密度泛函理论(DFT)方法,在B3LYP/6-31+G**基组水平下对其结构进行优化并计算获得了其红外(IR)光谱;采用Monte-Carlo方法预测了BNFDAONAB的理论密度为2.08g/cm3;设计等键反应计算了生成焓为865.79k J/mol;运用Klmet-Jacobs公式预测了BNFDAONAB的爆速、爆压和爆热值分别为9.13km/s、39.03GPa和4 487.44J/g;运用Keshavarz公式预测撞击感度H50为1.06cm;并利用逆合成分析法设计了其合成路线。结果表明,该化合物主要性能的预测值基本达到了HEDC的要求,是一种潜在的绿色起爆药。     

ε-CL-20/含能黏结剂复合体系结合能及力学性能的模拟

为设计含能高聚物黏结炸药(PBX)的配方,添加不同软硬段((3-叠氮甲基-3-甲基氧丁环(AMMO):3,3-二叠氮甲基氧丁环(BAMO))比例的含能黏结剂到配方主体的高能量密度化合物六硝基六氮杂异戊兹烷(ε-CL-20)中,构成PBX。用分子动力学(MD)方法模拟了含能黏结剂与ε-CL-20的结合能以及作用方式、ε-CL-20/含能黏结剂复合体系的力学性能。用基团加和法计算了不同软硬段比例含能黏结剂的生成焓。结果表明:由结合能预测各PBX的相容性和稳定性排序为:ε-CL-20/PBAMO(9)-g-PAMMO(2)ε-CL-20/PBAMO(5)-g-PAMMO(7)ε-CL-20/PAMMO(17)ε-CL-20/PBAMO(12)。PBAMO与ε-CL-20作用主要以范德华力为主。PAMMO以范德华力,静电相互作用和其他作用力与ε-CL-20作用。含能黏结剂可有效地降低ε-CL-20的刚性,其中含能热塑性弹性体的加入能增强ε-CL-20的延展性。单位质量含能黏结剂的生成焓随BAMO含量的增加而逐渐增加。     

N-(6-羟基己基)-2-甲氧基-8-硝基苯偶氮基咔唑的合成与三阶非线性光学性能（英文）

通过亲电取代反应和后重氮偶合反应合成了新的化合物N?(6?羟基己基)?2?甲氧基?8?硝基苯偶氮基咔唑,用红外谱(IR)、核磁氢谱(1H NMR)以及核磁碳谱(13C NMR)对其结构进行了表征。采用密度泛函理论的B3LYP/6?31G(d)方法优化了分子结构,在MP2/6?31G(d)的水平下进行单点能计算,N?(6?羟基己基)?2?甲氧基?8?硝基苯偶氮基咔唑顺反异构的相对能量ER为52.43 kJ·mol~(-1)。基于纳秒时域(4 ns,532 nm)Z?扫描技术对分子的三阶非线性光学性质进行了研究,闭孔Z?扫描分子表现出自散焦特性,开孔Z?扫描表明分子同时存在较强的饱和吸收和反饱和吸收。N?(6?羟基己基)?2?甲氧基?8?硝基苯偶氮基咔唑二阶超极化率γ为2.59×10~(-29)esu,品质因子达到1.5。     

3-4-双(3'-硝基苯-1'-基)氧化呋咱的热分解机理及量子化学研究

采用Gaussian 98中的DFT-B3LYP方法在6-31 G(d,p)基组水平下对3,4-双(3'-硝基苯-1'-基)氧化呋咱进行结构全优化及Wiberg键级计算,并采用TG-DSC-FITR-MS分析方法对其热分解机理进行研究.在优化的几何构型中,氧化呋咱环的六个原子为共平面结构,其中 O-N 配位键与双键相似.呋咱环内靠近配位氧的 O-N 键级最弱,为0.8769.结合热解气相产物分析与键级计算推测3,4-双(3'-硝基苯-1'-基)氧化呋咱的热解初始步骤为氧化呋咱环内 N-O 键的断裂;推测其热分解反应历程为氧化呋咱环首先开环分解为气体小分子及硝基苯,硝基苯再经自由基分解或异构化为亚硝基氧苯分解.     

5-硝基-3-三硝甲基-1H-1,2,4-三唑和5,5'-双(三硝甲基)-3,3'-偶氮-1H-1,2,4-三唑的合成与理论研究

以氨基胍碳酸氢盐与丙二酸为原料,经缩合-环化反应、重氮化-取代反应、氧化偶联反应和硝化反应分别合成出5-硝基-3-三硝甲基-1H-1,2,4-三唑(TNNT)和5,5'-双(三硝甲基)-3,3'-偶氮-1H-1,2,4-三唑(BTNAT)。用红外光谱、核磁共振、元素分析表征了它们的结构。进行了B3LYP/6-31G(d,p)基组水平下它们的全结构优化和自然键轨道(NBO)分析。用DSC测定了它们的分解温度。结果表明,10℃·min~(-1)升温速率,氮气气氛条件下,TNNT和BTNAT的分解温度分别为135℃和146℃。