耐热炸药LLM-105的合成及量子化学研究

以2,6-二氯吡嗪为起始原料，经甲氧基化、硝化、氨化、氧化等四步反应合成了2,6-二氨基-3,5-二硝基吡嗪-1-氧化物（LLM-105），总收率为60.2%，用红外、核磁、质谱以及元素分析等进行了结构表征。通过优化合成工艺条件，确定了最佳工艺条件。利用B3LYP方法，在6-31G（d,p）基组水平对LLM-105的结构进行了优化，获得了稳定的几何结构和温度与热力学性能的关系式，结果表明，LLM-105中吡嗪环上所有原子基本在同一个平面上，且热能、热容和熵在273～1000K均随温度的升高而增加。

非线性等转化率的微、积分法及其在含能材料物理化学研究中的应用——Ⅰ.理论和数值方法

推导了从定温和不定温数据计算表观活化能(Eα)的8个典型非线性等转化率微、积分方程。提出了通过这8个方程计算含能材料分解反应Eα值的数值方法。

2-偕二硝甲基-5-硝基四唑的合成、热性能及量子化学研究

以5-氨基四唑为原料,经过重氮化-取代反应、取代反应、硝化-水解反应三步合成出2-偕二硝甲基-5-硝基四唑(HDNMNT),总收率39.95%。利用红外光谱、核磁共振、元素分析以及差示扫描量热技术对产物进行了表征。通过实验确定了2-丙酮基-5-硝基四唑(ANT)的最优反应条件为:N,N-二甲基甲酰胺(DMF)作溶剂,反应温度90℃,添加KBr。用量子化学方法预估了HDNMNT的理论密度(ρ)、标准生成焓(ΔfHθm)、爆速(D)和爆压(p)。通过计算C-N键的键离解能(BDE),研究了HDNMNT及其阴离子DNMNT-的热稳定性。结果表明,HD-NMNT的ρ、ΔfHθm、D和p值分别为1.880g/cm3、273.04kJ/mol、8.732km/s和35.37GPa,爆轰性能与RDX相当。HDNMNT热分解反应的DSC峰温为119.85℃,热稳定性较差,而DNMNT则有较好的热稳定性。

FOF-18结构与性能的量子化学研究

用B3LYP法,在6-31G基组水平上优化了FOF-18的几何构型,得其稳定的几何构型;在振动分析的基础上求得体系的振动频率、IR谱;采用Monte-Carlo方法预估了密度;设计等键等电子反应计算了生成焓;运用Kamlet公式预测爆速、爆压和爆热;将计算性能与CL-20的性能作比较。结果表明,FOF-18整个分子呈N字形,且存在7个强吸收峰,密度2.06g/cm3、生成焓501.03kJ/mol、爆速9411.82m/s、爆压42440.76MPa、爆热6637.46kJ/kg,该化合物的性能与CL-20接近。

新型双呋咱并[3,4-b∶3',4'-f]氧化呋咱并[3″,4″-d]氧杂环庚三烯的合成与量子化学研究

以3,4-双(4'-硝基呋咱-3'-基)氧化呋咱为原料,设计并合成了新型双呋咱并[3,4-b∶3',4'-f]氧化呋咱并[3″,4″-d]氧杂环庚三烯(1),收率50.1%,其结构经13C NMR,15N NMR,IR,MS和元素分析表征。最佳的反应条件为:以无水碳酸钠为催化剂,乙腈(含水量0.04%)为溶剂,于80℃反应3.5 h。用B3LYP方法在6-31G**基组水平上对1的结构进行了计算,得到了稳定的几何构型和键级。在振动分析的基础上求得体系在不同温度下的热力学性质,得到了温度对热力学性能影响的关系式。1的性能研究表明,1的m.p.92℃～94℃,爆速8 256m.s-1(1.85 g.cm-3),摩擦感度0%(90°摆角),撞击感度12%(10 kg,25 cm),特性落高H50=57.5 cm(5 kg)。

非线性等转化率的微、积分法及其在含能材料物理化学研究中的应用—Ⅱ.TNMA、BTNEDA和TNETB的热分解

采用高灵敏布鲁顿玻璃薄膜压力计研究了真空、高温低装填和低温高装填密度条件下2,2,2-三硝基乙基-N-硝基-甲烷(TNMA)、二(2,2,2-三硝基乙基-N-硝基)乙二胺(BTNEDA)、4,4,4-三硝基丁酸-2,2,2-三硝基乙酯(TNETB)的热分解过程。由热分解气体的标准体积(VH)和分解速度(dVH/dt)对时间(t)的关系曲线,得到了TNMA、BTNEDA和TNETB在不同温度下热分解反应的诱导期(tin)、半分解期(t1/2)、初速(W0)、极大速度(WM)和极大速度到达时间(tM)。用非线性等转化率微、积分法所得的表观活化能Ea用于校验由lgx(x=tin、t1/2、W0、WM、tM)-1/T关系得到的表观活化能Ea。结果表明,Ea与各特征值所得的对应Ea间的相对误差在±10%以内。

4-硝基-2-(1-硝基-1,2,4-三唑-3-基)-1,2,3-三唑的合成、热性能及量子化学研究

以3-氨基-1,2,4-三唑为原料,经过重氮化、取代、分子内缩合、硝化反应合成4-硝基-2-(1-硝基-1,2,4-三唑-3-基)-1,2,3-三唑(DNDTz),总收率为25.02%。采用红外光谱、1 H NMR、13 C NMR、质谱及元素分析对中间体及目标产物的结构进行了表征;采用DSC、TG研究了DNDTz的热行为,得到DNDTz放热分解峰为160.8℃,热分解过程分为三个阶段,质量损失分别为13.5%、52.39%、27.15%。结果表明,DNDTz没有熔融过程,而是直接分解。采用B3PW91/6-31G(d,p)方法对DNDTz进行结构优化,获得稳定构型、键级和热力学性质以及温度与内能、热容和熵的关系式;用Monte-Carlo方法结合Politzer校正公式,得到DNDTz的理论密度为1.812g/cm3,用VLW公式预测其爆速为8.604km/s。

用于电热化学炮的放电毛细管烧蚀模型研究

为研究毛细管的烧蚀质量参数进而指导点火系统设计,对电热化学发射中等离子体点火用聚乙烯放电毛细管的烧蚀过程进行了理论研究。用电弧等离子体磁流体动力学仿真模型中的烧蚀焓方法,计算了一个典型放电周期过程中烧蚀率的时间分布。辐射能的计算分别采用灰体辐射模型与净辐射系数模型,对烧蚀过程的影响进行了对比分析。结果表明,等离子体的温度对管壁的烧蚀率有较大影响;在相同输入参数计算条件下,两种模型计算结果存在较大差异;灰体辐射模型理论计算结果与实验值接近。净辐射系数法适用于大管径放电情况,在小管径情况下则会低估烧蚀结果。

XRD结合化学计量学方法测定HMX晶型纯度研究

为了快速检测HMX的晶型纯度,采用X射线粉末衍射(XRD)技术结合化学计量学偏最小二乘法,建立了HMX晶型纯度定量计算模型及晶型纯度检测方法,并讨论了建模样品的设计及模型的优化过程。结果表明:模型交互验证相关系数(R^(2))为0.9753,交互验证均方根误差(RMSECV)为0.916%,外部验证均方根误差(RMSEP)为0.552%,该模型具有较高的预测精度和准确度。研究表明该方法可用于HMX产品的晶型纯度测定。

非线性等转化率的微、积分法及其在含能材料物理化学研究中的应用 Ⅴ.基于Kooij公式的理论和数值方法

推导了从等温和非等温数据计算表观活化能(Eα)的基于Kooij公式的8个典型非线性等转化率微、积分方程。提出了通过这8个方程计算含能材料分解反应Eα值的数值方法。

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6-31G(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。

硝基芳香族化合物密度、爆速和撞击感度的量子化学及QSPR研究(英文)

运用Gaussian98等程序对32种描述符进行了计算,采用Cerius2程序包中的QSPR方法建立了硝基芳香族化合物密度、爆速和撞击感度与32种描述符之间的构效关系式,相关系数R分别为0.951、0.992和0.92,预测值与实验值之间的平均误差分别为1.92%、0.93%和5.10%;与Kamlet方法计算的爆速值相比,用QSPR方法计算的爆速值准确性较高。此外,还找到了影响硝基芳香族化合物密度、爆速和撞击感度的主要因素,以及可以同时使密度和爆速增大而撞击感度降低的因素。

四氮杂大环含能化合物(TFFA)合成、表征与量子化学研究

以3,4-双(3'-氨基呋咱-4'-基)呋咱氧化呋咱(DATF)和三氯异氰脲酸为原料,通过氧化反应得到大环含能化合物四呋咱并[3,4-c:3'',4''-g:3''',4'''-k:3''''',4'''''-o]双氧化呋咱并[3',4'-c:3'''',4''''-m][1,2,9,10]四氮杂环十六辛烯(TFFA),产率为52.3%。采用核磁共振、红外光谱、质谱和元素分析等表征了结构,并探讨了三氯异氰脲酸氧化DATF的反应机理。利用差示扫描量热法(DSC)、热重-微商热重法(TG-DTG)等研究了TFFA的热行为,分解峰温为215.2℃,表明其热稳定性较好。运用B3LYP方法,在6-31G(d,p)基组水平上对TFFA的结构进行了优化,在振动分析的基础上得到了温度对热力学性能影响的关系式;通过Kamlet-Jacobs公式计算并预估了TFFA的物化与爆轰性能,其密度1.86 g·cm-3、生成焓1905 kJ·mol-1、爆速8775 m·s-1、爆压38.92 GPa和爆热7015 k J·kg-1。

含能材料燃烧过程中热分解化学的研究进展

从模拟燃烧条件、组分相互作用、组分物理状态、分析测试技术等几方面介绍了含能材料燃烧过程中热分解化学研究近几年来的最新进展。着重介绍燃烧热分解中的基元反应对建立推进剂燃烧新型模型的重要性、氧化剂和黏合剂及催化剂之间的相互作用、氧化剂的黏度和相态变化对燃烧和热分解过程的影响。

军用纯度标准物质NTO的化学法定值研究

为了获得军用纯度标准物质3-硝基-1,2,4-三唑-5-酮(NTO),需要建立该标准物质的化学法定值方法。以甲醇为溶剂,采用甲醇钠溶液作为滴定剂,通过非水滴定法对NTO的定值方法进行研究,选择了最佳条件。结果表明此定值方法能排除杂质的干扰,重复27次测量的平均值为99.88%,标准偏差为0.16%。

三呋咱并氧杂环庚三烯便捷新法合成及量子化学研究

为解决目前三呋咱并氧杂环庚三烯(TFO)的合成方法难于工业化的问题,设计了TFO便捷合成新方法。以3,4-双(3’-硝基呋咱-4’-基)氧化呋咱(DNTF)为原料,经醚化、还原合成了TFO,总收率为71.1%,并利用红外光谱(IR)、核磁共振氢谱(1H NMR)、核磁共振碳谱(13C NMR)、质谱(MS)及元素分析等进行了结构表征;探讨了还原反应的关键影响因素,确定了最佳的反应条件为:还原剂为亚磷酸三乙酯,料比n(还原剂):n(BFFO)为2:1,反应温度为80℃,时间为18h。采用DSC研究了TFO的热性能,分解点为377.4℃。基于Gussian 98程序的B3LYP方法,在6-31G(d,p)基组水平上对TFO的结构进行了优化,得到了稳定的几何构型和键级,在振动分析的基础上求得体系在不同温度下的热力学性质,得到了温度对热力学性能影响的关系式,结果表明TFO分子结构稳定性较好。

偶氮桥联氮杂环化合物结构与热化学性能的DFT研究（英文）

为了探寻含能化合物结构与热化学性能的关系,用密度泛函理论方法研究了15种偶氮桥联氮杂环化合物的结构与热化学性能。在B3LYP/6-31G(d,p)水平上,优化了它们的结构,计算了它们的熵和等压热容,通过等键反应设计,估算了它们的生成焓。结果表明,杂环上的N原子与C原子均为sp^2杂环原子,所有杂环,几乎在同一平面上。化合物生成焓与氮原子数目成正比,对于氮原子数目相同的化合物,化合物的生成焓随着偶氮桥与杂环上氮原子的距离和杂环上氮原子之间的距离的增加而减小。不同温度下的等压比热容与化合物的氮含量(杂环上的氮原子数)成反比。

化学共混改善GAP黏合剂力学性能研究进展

总结了近年来国内外关于化学共混在聚叠氮缩水甘油醚(GAP)黏合剂的力学性能改良中的研究现状,包括聚乙二醇(PEG)、乙二醇/四氢呋喃共聚醚(PET)、3,3-双(叠氮甲基)氧丁环/四氢呋喃共聚物(BAMO/THF)、端羟基聚丁二醇(HTPB)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)在内的各种聚合物与GAP共混,通过调控反应条件得到化学交联网络,不同程度提高了黏合剂体系的力学性能。

2-(3',5'-二硝基苯)-4-硝基-1,2,3-三唑-1-氧化物的合成与量子化学研究

以乙二醛、苯肼和盐酸羟胺为起始原料,经缩合和肟化反应制得肟基苯腙(1)。在硫酸铜-吡啶-水体系中,1经缩合环化得2-苯基-1,2,3-三唑-1-氧化物(2);2被混酸硝化合成了新化合物2-(3',5'-二硝基苯)-4-硝基-1,2,3-三唑-1-氧化物(3),纯度99%,总收率45%,其结构经1H NMR,IR,MS和元素分析表征。在B3LYP/aug-cc-pVDZ基组水平上对3的结构进行了优化,获得稳定的几何构型。

非线性等转化率的微、积分法及其在含能材料物理化学研究中的应用 Ⅵ.基于van′t Hoff-Ⅰ型公式的理论和数值方法

推导了从等温和非等温数据计算表观活化能(Eα)的基于van′t Hoff-Ⅰ型公式的8个典型非线性等转化率微、积分方程。提出了通过这8个方程计算含能材料分解反应Eα值的数值方法。