高能氮杂化合物结构与性质的理论研究

发布时间：2020-07-04 22:12

【摘要】：运用密度泛函理论(DFT)方法,对改进的CL-20衍生物分子、A笼形衍生物分子、D笼形衍生物分子、二环含氮衍生物分子的结构和性质进行了系统的研究。依据高能量密度化合物(HEDC)的能量和稳定性判定标准,从中筛选出可作为潜在HEDC的候选物。本论文主要工作如下:1、运用DFT-B3LYP/6-311+G**方法,对七种改进的CL-20衍生物进行几何优化和总能量的计算。通过设计等键反应,计算它们的生成热,探讨了不同取代基和结构对其生成热的影响;采用改进的密度计算方法来估算其晶体密度;采用半经验Kamlet-Jacobs方程计算它们的爆速和爆压,比较了不同化合物的爆轰性能;对所有化合物进行了UB3LYP/6-311+G**计算,求得各可能引发键断裂的键离能,进而求得其稳定性。2、运用DFT-B3LYP/6-311+G**方法,对五个A笼形衍生物的几何结构进行优化,再对平衡构型进行总能量计算;根据设计的等键反应,得到它们的生成热,总结出了取代基和结构对生成热的影响结果;其晶体密度采用一种改进的方程来计算;它们的爆速和爆压采用半经验Kamlet-Jacobs方程计算,讨论了不同取代基对其爆轰性能的影响;对所有化合物可能热解引发键的键离解能进行了计算,进而判别它们的稳定性。3、运用DFT-B3LYP/6-311+G**方法,对三种D笼形衍生物的几何优化和总能量进行计算;根据设计的等键反应,得到它们的生成热,比较了取代基类型和数目对生成热的影响;其晶体密度采用一种改进的方程来计算;采用半经验Kamlet-Jacobs方程计算它们的爆速和爆压,讨了不同取代基对其爆轰性能的影响;对所有化合物各可能热解引发键的键离解能进行计算,进而判别其稳定性。4、对四种二环化合物的几何结构进行优化和计算它们的总能量;根据设计的等键反应,算出它们的生成热,讨论不同化合物生成热的大小。其晶体密度采用一种改进的方程来计算;它们的爆速和爆压采用半经验Kamlet-Jacobs方程计算,对不同化合物的爆轰性能进行了比较。计算所有衍生物各可能热解引发键的键离解能,进而判别它们的稳定性。
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ560.1
【图文】：

视角,硝基

首先用一个ＣＬ－２０分子骨架作为最初的骨架，用一个Ｃ－ＮＨ－Ｃ键取代Ｃ－Ｃ键。逡逑然后，用两个或更多的硝基或氨基取代骨架中氢原子，就可得到新的含硝基笼状高能化逡逑合物（图３．２），其中至少有五个硝基基团被引入，以确保生成的分子具有高能量密度。逡逑Ａ１是七个硝基完全硝化的产物分子，而其他的则是不完全硝化产物且含有超过三个的逡逑硝基。此外，在氨基结构中进一步用硝基取代可以生成新的结构Ａ３、Ａ４、Ａ５、Ａ６和逡逑Ａ７，他们的能量和氢键相互作用预计将得到加强。虽然Ａ３和Ａ５具有相同的取代基，逡逑但它们的Ｄ和Ｐ是不同的。这是因为它们取代基的位置不同导致不同的相互作用。为逡逑了帮助理解Ａ邋（１－７）的立体结构，图３．３展示了来自不同视角Ａ１的结构。由该图可见，逡逑Ａ１－２的图像像ＨＭＸ。逡逑１２逡逑

生成热,目标化合物,气相,固相

和硝基之间有很强的相互作用。在所有化合物中，Ａ６具有最高的生成热。这表明Ａ１逡逑中有些氨基的取代位置有利于提高其生成热。逡逑图３．４展示所有目标化合物的气相和固相生成热。由该图可见，这些衍生物的固相逡逑ＨＯＦｓ具有与气相ＨＯＦｓ相似的变化趋势。这表明升华热不改变目标化合物的气相Ｈ（）Ｆｓ逡逑的变化顺序。逡逑１５５０邋－逦■逦Ｇａｓ－ｐｈａｓｅ逦■逦＿逦■逡逑？邋Ｓｏｌｉｄ－ｐｈａｓｅ逡逑１５００－逡逑■逡逑１４５０－逦■逡逑＾邋１４００－逦参逡逑２逦？逦？逡逑＾邋１３５０－逡逑ｉｒ逦■逦？逡逑ｇ邋１３００－逡逑１２５０－逦？逡逑１２００邋－逡逑１１５０－逦？逡逑＼逦＇逦Ｉ逦＇逦Ｉ邋＇邋Ｉ邋１逦＼逦１邋Ｉ邋１邋ｉ逡逑Ａ１逦Ａ２逦Ａ３逦Ａ４逦Ａ５逦Ａ６逦Ａ７逡逑Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ邋ｎｕｍｂｅｒｉｎｇ逡逑图３．４目标化合物气相生成热和固相生成热的比较逡逑３．３．３炸药的爆炸性能逡逑Ｄ和Ｐ是评估炸药能量特性的两个重要性能参数。利用密度和生成热的计算值，我逡逑们计算了表３．３所示化合物的Ｄ和Ｐ。结果表明，化合物的爆轰速度在８．７２？９．９７邋ｋｍ／ｓ之间，逡逑显著高于ＴＮＴ邋（６．８８ｌｋｍ／ｓ）。它是在图３．５中，Ａ１在所有的化合物中具有最高的爆速逡逑（９．９７ｋｍ／ｓ），其中超过ＲＤＸ邋（８．７４８ｋｍ／ｓ）和ＨＭＸ邋（９．３２０邋ｋｍ／ｓ）。化合物的爆轰压力逡逑范围是从４２．６６到４６．〗５ＧＰａ

【参考文献】