应用量子化学计算领悟“结构决定性质”的思想——取代效应对含能性质影响的案例分析

结构决定性质,性质决定用途是化学学科的核心观点与思想方法。本文以含氮-氮叶立德键的结构单元为例。通过取代效应的理论计算,设计结构化学中,结构、性质、用途相结合的案例。利用量子化学计算和可视化的模型,给出了含不同取代基的结构单元对爆轰性质的影响规律。引导学生直观的体会结构决定性质,性质决定用途的化学思想。

基于统计物理的爆轰产物物态方程

爆轰产物的物态方程对描述炸药的爆轰性质至关重要，它是爆轰数值模拟的核心参数，也是炸药作功能力的主要表征。但是，在实际的工程应用中爆轰产物的物态方程却一直存在这样或那样的问题，这主要是由于爆轰产物的物理过程太复杂，难以准确描述。当爆轰产物刚形成时，

环五甲撑五硝胺(CRX)结构和性质的DFT预示

用密度泛函理论 (DFT)B3LYP方法 ,在 6 31G 基组水平下 ,全优化计算了环五甲撑五硝胺 (CRX)的分子几何和优化构型下的电子结构 .环C -N键长为 0 .144～ 0 .148nm ,N -NO2 键长为 0 .139～ 0 .142nm ;CRX的最高占有MO(HOMO)能级和最低未占MO(LUMO)能级之间的差值ΔEg(5 .2 0 5 4eV)较大 ,预示CRX较稳定 .基于简谐振动分析求得IR谱频率和强度 .运用统计热力学方法 ,求得在 2 0 0～ 12 0 0K的热力学性质C0p ,m、S0 m 和H0 m.还运用Kamlet公式预示了它的爆速和爆压分别为 916 9m/s和 37.88GPa .

环杂硝胺结构和性能的DFT比较研究

用密度泛函理论(DFT)B3LYP方法,在 6 3 1G 基组水平下,全优化计算了环二甲撑二硝胺(DAX)、环三甲撑三硝胺(RDX)、环四甲撑四硝胺(HMX)和环五甲撑五硝胺(CRX)共 4种环杂硝胺同系物的分子几何构型、电子结构、IR谱和热力学性质,揭示了它们结构和性质的异同.基于Kamlet公式计算了这 4种化合物的爆速和爆压。

六硝基六氮杂三环十二烷的结构和性能——HEDM分子设计

用密度泛函理论B3LYP方法,在631G基组水平下设计和计算了高能量密度化合物六硝基六氮杂三环十二烷的结构和性质.由分子总能量、前线轨道能级和键集居数等电子结构参数,判别船式(α)比椅式(β)构象稳定.求得其IR谱频率和强度并作归属,报道了200～800K体系的热力学性质.基于理论计算密度和生成热,运用Kamlet公式预示了标题物的爆速和爆压,α构象的爆速和爆压分别为9.46km/s和41.74GPa,β构象则稍低些,分别为9.34km/s和40.02GPa.

KDNP与KDNP·H_2O的量子化学研究

以Materials Studio软件为基础,使用Dmol3模块以B3LYP/DNP方法对7-羟基-4,6-二硝基-5-氢-苯并呋咱钾(KDNP)和7-羟基-4,6-二硝基-5-氢-苯并呋咱钾的一水化物(KDNP·H_2O)进行了分子性质模拟预测,并对KDNP和KDNP·H_2O晶体的爆轰性质进行了模拟计算。计算结果表明KDNP分子结构具有共面性,而KDNP·H_2O中H_2O分子与苯并氧化呋咱环异面,二面角为29.35°;键级计算推断出两种分子均具有一定共轭性。静电势预测出KDNP·H_2O比KDNP有较高的撞击感度。计算所得前线轨道能量差KDNP·H_2O比KDNP小。根据以上计算结果使用最易跃迁法预测出KDNP·H_2O较KDNP敏感。此外,KDNP·H_2O晶体的爆轰性能与KDNP不带结晶水的晶体基本处于同一水平。

B炸药主要组分TNT和RDX分子间相互作用的理论研究

在B3LYP/6-31G(d)水平上研究了B炸药的主要成分——2,4,6-三硝基甲苯(TNT)与环三亚甲基三硝胺(RDX)分子间的相互作用,得到了10种TNT+RDX的全优化构型.讨论了稳定构型在几何参数、稳定性、红外光谱和电荷分布上的差异.借助自然键轨道(NBO)理论揭示了TNT与RDX分子间相互作用的本质,主要由氢键所贡献.分子间相互作用能在-3.930～-14.652 kJ?mol-1之间,经基组叠加误差(BSSE)校正,相互作用能顺序为VI>III>V>IV>X>I>IX>II>VII>VIII.对全优化构型进行了热力学性质的分析,探讨了由单体分子形成混合体系的热力学性质的变化,结果发现,形成分子间氢键是个放热过程.运用Kamlet-Jacobs方程基于理论密度(ρ)估算了混合体系TNT+RDX的爆轰性质爆速(D)和爆压(p),与文献值进行比较表明理论计算方法和结果是可靠的.

含能增塑剂用系列3,3-二(二氟氨基)-1,5-取代戊烷衍生物的分子设计和性能预测（英文）

3,3-二(二氟氨基)-1,5-二硝酸酯基戊烷是一种高能低玻璃化转变温度的含能增塑剂.为了获得更多此类结构的新型二氟氨基含能化合物,设计了一系列3,3-二(二氟氨基)-1,5-取代戊烷衍生物作为新型含能增塑剂的候选品种.采用泛函密度理论(DFT)法研究了生成热、电子结构、能量特性和热稳定性.二氟氨基基团能增加标题化合物之间电子结构、密度和爆轰性质的能隙.特别是1,3,3,5-四(二氟氨基)戊烷(S3)具有作为潜在含能增塑剂的显著价值.其晶体密度(1.91g/cm3)、爆速(9.01km/s)、爆压(37.31GPa)和冲击灵敏度(h5029.83cm)均与奥克托今(HMX)非常接近.此外,S3可以通过一些成熟的过程5步合成得到.