稠环类1,2,4,5-四嗪衍生物结构和性能的理论研究

运用密度泛函理论DFT-w B97/6-31+G**方法研究了14种稠环类1,2,4,5-四嗪衍生物的几何结构、前线轨道能量和生成焓(ΔH_f)。在此基础上运用Kamlet-Jacobs方程估算衍生物的爆轰性能;运用统计热力学,计算了标题化合物在200~800 K的热力学性质;比较了1,2,4,5-四嗪衍生物的生成焓和爆轰性能。结果表明,稠环四嗪衍生物爆速(D)和爆压(p)与所含N原子数具有良好的一次线性相关关系,其生成焓为527.49~1122.53 k J·mol~(-1),爆速为5.59~8.65 km·s~(-1);随温度升高,标准摩尔热容(Cp,m)、标准摩尔熵(Sm)和标准摩尔焓(Hm)逐渐增大。化合物T7(C_2N_7H_2)和T72(C_2N_(10)H_2)可以作为高能量密度材料(HEDM)候选物。     

硝基吡唑类衍生物的结构和爆轰性能的理论研究

采用B3LYP/6-311G**方法对24种硝基吡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24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6.42～9.00 km.s-1之间。结果表明:吡唑环上有一定的芳香性,所设计的系列硝基吡唑化合物能量较高,是有潜力的含能材料候选物。     

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...     

1,2,4,5-四嗪的四唑类衍生物高能量密度材料的分子设计

运用密度泛函理论DFT-wB97/6-31+G**方法研究了30种1,2,4,5-四嗪衍生物的几何结构、前线轨道能量和生成焓(ΔH_f)。在此基础上运用Kamlet-Jacobs方程估算了衍生物的爆轰性能。分析了标题化合物的键离解能。运用统计热力学,计算了部分标题化合物在200~800 K的热力学性质。比较了1,2,4,5-四嗪衍生物的爆轰性能和热稳定性。结果表明,它们的生成焓为920.46~2610.45 kJ·mol~(-1),爆速为7.69~9.31 km·s~(-1)。—NO_2和—N=N—不利于增加衍生物的稳定性。随温度升高,标准摩尔热容(c_p)、标准摩尔熵(S_m)和标准摩尔焓(H_m)逐渐增大。化合物i2(3-(5-硝基-1,2,3,4-四唑)-6-硝基-1,2,4,5-四嗪)、ii2(3-(偶氮-5-硝基-1,2,3,4-四唑)-6-硝基-1,2,4,5-四嗪)和iv2(3,6-偶氮-双(5-硝基-1,2,3,4-四唑)-1,2,4,5-四嗪)可以作为高能量密度材料候选物。     

四氢双环戊二烯硝基衍生物的热力学性质与爆轰性能的理论研究

在B3LYP／6-31G水平上对四氢双环戊二烯（THDCPD）的系列硝基衍生物进行了几何构型优化和振动频率计算,并采用统计热力学原理求得不同温度下的热容及焓。通过设计等键反应,获得了各衍生物的标准生成焓。用Monte-Carlo方法和自编程序,基于0．001e·bohr^-3等电子密度面所包围的体积空间求得分子平均摩尔体积和理论密度。以理论计算得到的密度和标准生成焓为基础,用Kamlet-Jacobs方程估算标题物的爆速和爆压。计算结果表明,THDCPD硝基衍生物的总能量与硝基数目有很好的线性相关性,且桥式异构体衍生物的稳定性普遍高于挂式;预计其热解引发键始于C-N键,而不是骨架C-C键的均裂;其焓随温度升高急剧增大,而热容随温度上升其增幅则逐渐减小;随衍生物中硝基数目增多,其爆速和爆压等计算值迅速增大。     

多硝基吡啶及其氮氧化物性能的理论预测

在B3LYP/6-311++G**水平上优化了多硝基吡啶及其氮氧化物的几何构型.通过等键反应的设计,在同样的理论水平上计算了它们的气相生成焓.采用Karfunkel-Gdanitz方法预测了它们的晶体结构,并用Stine方法计算了爆速.通过相似物的比较,预测3,5-二氨基-2,4,6-三硝基吡啶和其氮氧化物为低感或钝感炸药.3,5-二氨基-2,4,6-三硝基吡啶和其氮氧化物的爆速分别为8.2km/s和8.6km/s,能量比TATB分别约高15%和25%.本文得到的最大爆速约为9.5km/s.     

四氢双环戊二烯硝基衍生物的热力学性质

在B3LYP/6-31G水平上对四氢双环戊二烯(THDCPD)的系列硝基衍生物进行了几何构型优化和振动频率计算,并采用统计热力学原理求得不同温度下的热容及焓。通过设计等键反应,获得了各衍生物的标准生成焓。用Monte-Carlo方法和自编程序,基于0.001 e.bohr-3等电子密度面所包围的体积空间求得分子平均摩尔体积和理论密度。以理论计算得到的密度和标准生成焓为基础,用Kamlet-Jacobs方程估算标题物的爆速和爆压。计算结果表明,THDCPD硝基衍生物的总能量与硝基数目有很好的线性相关性,且桥式异构体衍生物的稳定性普遍高于挂式;预计其热解引发键始于C—N键,而不是骨架C—C键的均裂;其焓随温度升高急剧增大,而热容随温度上升其增幅则逐渐减小;随衍生物中硝基数目增多,其爆速和爆压等计算值迅速增大。     

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。     

2,6,8,12-四硝基-2,4,6,8,10,12-六氮杂异伍兹烷的合成及量子化学研究

以2,6,8,12-四乙酰基-2,4,6,8,10,12-六氮杂异伍兹烷(TAIW)为原料,经过三氟乙酸酐保护、硝化、脱保护等反应,制得了2,6,8,12-四硝基-2,4,6,8,10,12-六氮杂异伍兹烷(TNH2IW);用SnCl2分步还原六硝基六氮杂异伍兹烷(HNIW,CL-20)也可制得TNH2IW。在DFT-B3LYP/6-31G*水平下求得了TNH2IW的分子几何、电荷分布和热力学性质,计算了TNH2IW的热容、熵等热力学参数,给出了这些参数和温度之间的函数关系。在不破坏笼形结构和硝基的原则下通过构建等键反应求得TNH2IW的生成热为461kJ·mol-1。计算表明TNH2IW的爆速为9.13km.s-1,爆压为38.9GPa,爆轰性能高于TNT和RDX,与HMX相当。     

多硝基立方烷的合成、结构和性能研究进展

详细阐述了目前国内外在多硝基立方烷及其相关领域开展的主要工作，包括多硝基立方烷的合成、结构、物理化学性质和爆轰性能等方面的实验和理论工作，对其研究进展和应用前景作了评介。     

TATB晶体的状态方程与振动性质的密度泛函理论研究

利用密度泛函理论(DFT)并结合范德华力校正(vdW-DF2)研究了TATB晶体的状态方程与振动性质。对TATB晶体部分振动模式进行了重新分配。研究了0~8.5GPa加压过程TATB晶体振动耦合以及分子间相互作用过程。结果表明,TATB晶体内NH2和NO2振动耦合强烈。波数为1100~1500cm-1时,由于NH2与NO2以及苯环振动耦合,振动尤其复杂。随着压力增加,TATB相邻层分子相互弯曲靠近,引起NH2平面外弯曲振动或摆动与NO2剪切振动耦合,表明分子间氢键作用增强。     

三叠氮化铝分子结构及爆炸性能理论研究

采用B3LYP/6-311G*方法对三叠氮化铝进行结构优化;理论计算了其密度、升华焓、生成焓,将其作为单质炸药,计算了其爆炸参数,并与TNT作比较;再将其加入硝酸铵与梯恩梯的混合炸药中,按零氧平衡原则预测混合炸药各爆炸参数,并与含有相同质量分数Al的混合炸药作比较.结果表明:三叠氮化铝的爆热、爆容、爆温、爆速、爆压、作...     

吸电子基取代五唑化合物的热稳定性理论研究

五唑化合物是当前含能材料领域的一个研究热点,但现有五唑化合物的稳定性普遍偏低。为研发性能更优的新型五唑化合物,基于对已有结构的分析,设计了五唑的系列非芳环吸电子基取代衍生物(N₅(CH₂)_x-1R,R=—NO₂,—CF₃,—CN,—CHO,—COOH,x=1,2,3,4),采用密度泛函理论方法,计算了与N₅环直接相连的侧链化学键的解离能E_BD和N₅环的分解能垒E_a,并与部分供电子基取代物的结果进行比较,分析讨论了取代基与相关的键长、键级、键临界点电子密度、N₅环的电荷和氧平衡对E_BD和E_a的影响规律。结果表明,所有分子的E_a均远小于E_BD,表明N₅环的稳定性是决定五唑分子稳定性的关键因素。对于R与N₅直接相连的分子(x=1,即N₅R),R为吸电子基时的E_a小于R为供电子基或H时的E_a。随N₅环破裂键键长减小、键级增大及临界点电子密度的增大,E_a总体呈增大趋势。N₅环是强吸电子基,直接连接强吸电子或强供电子基会使N₅环上的负电荷过少或过多,因而都不利于N₅环稳定。