苯并1,2,3,4-四嗪-1,3-二氧化物(BTDO)及其硝基衍生物爆轰性能的量子化学研究

用密度泛函理论的B3LYP方法,在6-31G*的基础上,全优化计算了苯并1,2,3,4-四嗪-1,3-二氧化物及其硝基衍生物的几何构型,包括其与5-硝基取代物,7-硝基取代物和5.7-二硝基取代物,分别用(1),(2),(3),(4)表示。通过PM6方法计算出物质的生成热,并研究了热力学参数和温度的关系式。用Monto-Carlo方法,基于0.001 e.born-3等电子密度面包围的空间求得分子平均摩尔体积和理论密度,用Kamlet-Jacobs方程基于理论密度和生成热计算各物质的爆热,爆速和爆压。结果表明:苯并1,2,3,4-四嗪-1,3-二氧化物上的苯环发生硝基取代后,5位取代比7位取代的C-NO2更容易发生断键,5,7-二硝基苯并1,2,3,4-四嗪-1,3-二氧化物的生成热和爆轰性能最好,其值接近于环三亚甲基三硝胺(RDX)。4种物质的生成热的大小顺序是(4)(2)(1)(3),说明5位硝基取代后能有效地增大物质的生成热。爆轰性能的大小顺序是(4)(2)(3)(1),说明硝基基团能有效地增大物质的爆轰性能,且对苯并1,2,3,4-四嗪-1,3-二氧化物来说,5位取代的效果要比7位取代好。     

三呋咱并氧(氮)杂环庚三烯的密度泛函理论研究

以4种新型三呋咱并氧(氮)杂环庚三烯分子为研究对象,采用密度泛函理论B3LYP/6-31G(d,p)方法优化了其结构,得到了最优几何构型,并在振动分析的基础上求得体系的振动频率和IR谱,通过键级和键离解能(BDE)计算考察了4种分子的稳定性,在密度和生成焓计算基础上利用Kamlet-Jacobs公式预估了其性能。结果表明:当呋咱环上的N原子被氧化形成N→O配位键,与该N原子相连的O—N键和C—N键键长增大,与该N原子相间的N—O键和C—C键键长减小,除了氧化呋咱环上N—O—N键角显著减小外,其余键角无明显变化,二面角的变化幅度非常小,整个分子近乎在同一平面上;4个化合物的热稳定性均较好,但当呋咱环被氧化成为氧化呋咱环后,化合物的热稳定性显著降低,其热稳定性顺序为TFZN-1TFZO-1TFZN-2≈TFZO-2;呋咱环被氧化后能够大幅度提高炸药的爆轰性能,预估爆速在7600~8100 m/s范围,且与实测值吻合较好。     

呋咱和氧化呋咱及其衍生物生成热和爆轰性能的量子化学研究

用密度泛函理论的B3LYP方法,在6-31G*基组水平上,全优化计算了呋咱和氧化呋咱及其衍生物的几何构型,通过G3方法和设计等键反应计算出各物质的生成热(HOF),用Monte-Carlo方法,基于0.001 e·bohr3等电子密度面所包围的空间求得分子平均摩尔体积和理论密度,用Kamlet-Jacobs方程基于理论密度和生成热计算出各物质的爆热、爆速和爆压。结果表明:当呋咱环上配位氧原子成为氧化呋咱环后,与配位氧原子相邻的N-O键容易成为引发键,氧化呋咱环容易开环,而三唑环比氧化呋咱环更容易开环;9种化合物中呋咱并[3,4-e]-1,2,3,4-四嗪-1,3-二氧化物(FTDO)的生成热最大,爆轰性能最好,其次是四嗪并氧化呋咱和三唑并氧化呋咱,其生成热和爆轰性能优于呋咱类衍生物,且优于苯环并呋咱和苯环并氧化呋咱。说明化合物的含氮量和含氧量越高,氧平衡值越接近零,其爆轰性能越好。     

多硝甲基氧化偶氮呋咱衍生物结构与性能的理论研究

本文利用氧化偶氮呋咱基团与三种多硝甲基氧化偶氮基团设计了六种新型多硝甲基氧化偶氮呋咱衍生物分子结构,利用密度泛函理论、热力学和经验公式计算并预估了六种化合物的物化及爆轰性能。结果表明:六种化合物均具有良好的物化及爆轰性能,特别是R3和R4,其晶体密度分别高达2.04 g/cm~3和2.01 g/cm~3,爆速分别为9441 m/s和9433 m/s,爆压分别为42.5 GPa和42.1 GPa,综合性能优异,可以作为潜在的高能量密度化合物。     

吡嗪类硝基衍生物结构与爆轰性能的DFT研究

采用B3LYP/6-311++G**方法对26种硝基吡嗪类衍生物体系进行了全优化,几何优化结果表明所有优化后的化合物结构均无虚频,为势能面上的稳定结构;采用Monte-Carlo方法理论估算了26种化合物的密度,随着硝基数目的增加,密度增加;并设计等键等电子反应计算了其生成焓及其热力学性质,硝基数目逐渐增加时,Cp、S...     

二硝基吡唑并吡唑性能的量子化学研究

用B3LYP法,在6-31G(d,p)基组水平上计算二硝基吡唑并吡唑(DNPP)的性能,得其稳定的几何构型、分子轨道及键级;在振动分析的基础上求得体系的振动频率、IR谱及不同温度下的热力学性质,并得温度对热力学性能影响的关系式;用Monte-Carlo方法从理论上计算密度,运用Kamlet公式预测爆速。     

4,6-双-(5-氨基-3-硝基-1,2,4-三唑-1-基)-5-硝基嘧啶(DANTNP)性能的量子化学研究

用B3LYP法,在6-31G(d,p)基组水平上计算4,6-双-(5-氨基-3-硝基-1,2,4-三唑-1-基)-5-硝基嘧啶(DANTNP)的性能,得其稳定的几何构型和键级;在振动分析的基础上求得体系的振动频率、IR谱及不同温度的热力学性质及温度对热力学性能影响的关系式。用UHF-PM3法探讨其热解机理,求得热解反应时的过渡态和活化能,发现热解始于N-H键断裂时。     

4′-对羧基苯基-2,2′:6′,2″-三联吡啶的合成、晶体结构及量化计算

以对甲酰基苯甲酸和2-乙酰基吡啶为原料采用固相研磨法合成了4′-对羧基苯基-2,2’:6’,2"-三联吡啶,并测定了它的晶体结构。该晶体属单斜晶系,空间群P2（1）/c,晶胞参数为:a=10.193（7）A,b=7.366（5）A,c=22.466（15）A,β=90.526（7）°,V=1686.6（19）A³,D_c=1.392mg/m³,Z=4,F（000）=736,GOF值1.038,最终偏离因子R₁=0.0443,wR₂=0.1139。通过量子化学计算分析了其键长、键角、电荷分布和分子轨道,通过独立核化学位移分析了各个环的芳香性,并通过有限场方法计算了其二阶非线性光学性质。     

含能材料分子设计与性能预估研究

本文应用主成分分析(PCA)、遗传算法(GA)等方法进行变量选择确定对含能材料爆轰性能影响显著的分子结构描述符,再用偏最小二乘(PLS)和人工神经元网络等方法建立含能材料预测模型。通过预测模型进行计算,预测密度、爆速、生成焓和爆压等爆轰性能参数。与已知的爆轰性能参数比较,其准确度可达到98%。这说明了模型的准确性,可以用于未知含能材料的爆轰性能的预测。     

计算单取代烷烃液相生成焓的新方法

将单取代烷烃RX(X=Cl,Br,I,NH2,NO2,CHO等)分子结构分为2个区域R和X来提取分子结构参数,从3方面影响因素:烷基R,取代基X,R与X相互作用来定量关联RX液相生成焓.获得了114种已有实验测定的单取代烷烃RX液相生成焓ΔfH0(RX,1),并以碳碳键个数Nc-c,取代基X对单取代烷烃RX的液相生成焓的贡献Ec-x,取代基电负性Xp,与取代基相连的碳原子上的氢原子个数α-H 4参数为变量,建立定量结构-液相生成焓相关模型:△fH0(RX,1)=-4.214 5Xp+0.997 4Ec-x-25.2072Nc-c+9-322 8α-H-76.422 1.此方程用于估算RX的液相生成焓,不仅结果令人满意(相关系数R=0.999 8,标准偏差S只有3.8732 kJ/mol),而且方程中各项参数计算简单,物理意义明确.采用留一法交叉验证以上方程,结果表明该方程稳定性和预测能力较好,可以用于估算单取代烷烃类化合物的液相生成焓.     

粒度对硝胺类含能化合物撞击感度影响的理论研究

为了研究粒度对硝胺类含能化合物撞击感度的影响规律,选取了HMX、RDX、CL-20三种典型硝胺类含能化合物作为研究对象,建立了不同纳米颗粒大小的化合物模型,采用B3LYP/6-31G方法对各个模型的性能进行了计算与分析。结果表明,单位分子的能量E及最高占据轨道与最低空轨道能量差△ε总体上随RDX、HMX、CL-20颗粒大小的增大而减小,即硝胺类含能化合物的撞击感度随化合物颗粒大小的增大而增大。可见,将硝胺类炸药纳米化可有效降低其撞击感度。     

3个[AlB5O7（OH）6]2-簇的电子结构和红外光谱的DFT研究（英文）

采用密度泛函（DFT）方法,在B3LYP/6-311g*基组下,对3个[AlB₅O₇（OH）₆]^2-簇（Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ）的电子结构、稳定性和红外光谱进行了理论研究。结果显示3个簇中优化的键长和键角值与wiberg键级有关。[AlB₅O₇（OH）₆]^2-（Ⅰ）的带宽最大,能量最低,稳定性最高。红外光谱研究显示BO₃、BO₄和AlO₄基团振动频率的大小为BO₃>BO₄>AlO₄,且BO₃基团的振动强度也最大。此外,研究也显示非端基B-O键的振动频率较端基B-O键的振动频率大。     

3个[AlB5O7（OH）6]2-簇的电子结构和红外光谱的DFT研究

采用密度泛函(DFT)方法,在B3LYP/6-311g*基组下,对3个[AlB5O7(OH)6]2-簇(I, II, III)的电子结构、稳定性和红外光谱进行了理论研究。结果显示3个簇中优化的键长和键角值与wiberg键级有关。[AlB5O7(OH)6]2-(I)的带宽最大,能量最低,稳定性最高。红外光谱研究显示BO3、BO4和AlO4基团振动频率的大小为BO3>BO4>AlO4,且BO3基团的振动强度也最大。此外,研究也显示非端基B-O键的振动频率较端基B-O键的振动频率大。     

神经网络偏最小二乘在预测含能材料爆轰性能方面的应用

运用神经网络偏最小二乘分别与遗传算法和主成分分析相结合,以含能材料的结构描述符和爆轰性能等参数,建立了"分子结构-爆轰性能"之间的定量关系预测模型,并对30种含能材料的密度和理论爆速进行了预测,其相对误差均在5%以下。表明这种方法为新型含能材料分子设计和爆轰性能预估提供了新的方法和手段。     

环戊烯氧化合成戊二酸热力学计算与分析

利用罗济卡-多莫尔斯基基团贡献法估算了戊二酸、1,2-环戊二醇和戊二醛液态的摩尔等压热容,利用米田基团贡献法估算了298.15 K时气态戊二酸、1,2-环戊二醇和戊二醛的标准生成焓和标准熵,利用杜克罗斯基团贡献法估算了戊二酸、1,2-环戊二醇和戊二醛的标准汽化焓。结合其它的热力学数据,在温度范围为273.15 K～373.15 K内,计算了环戊烯氧化合成戊二酸涉及的各反应中反应焓变、反应吉布斯自由能变和标准平衡常数。计算结果表明,在273.15 K～373.15 K范围内各反应均为放热反应,反应在热力学上可自发进行的反应,当达到平衡时各反应均几乎可以进行到底。     

黑沙蒿中4种黄酮类化合物抗氧化活性的DFT研究

采用量子化学密度泛函理论(DFT)的B3LYP/6-311G(d,p)//B3LYP/6-31G(d,p)方法对黑沙蒿中已分离得到的4种黄酮类化合物芹菜素-7,4’二甲醚、芜花素、羟基芜花素、鼠李素进行了优化及单点能计算。从黄酮分子的几何构型、酚羟基H的NBO电荷数、不同位置酚羟基解离焓、HOMO和LUMO及其能级差分析所得:黄酮类化合物的羟基数目和形成的分子内氢键数目越多,抗氧化活性越强;不同位置酚羟基的活性不同,B环4’位酚羟基的活性最强,A环5位酚羟基的活性最弱,C环3位酚羟基的存在有利于鼠李素分子形成良好的共轭体系,提高了该化合物的抗氧化活性。结果表明,四种黄酮类化合物的抗氧化活性顺序为鼠李素>羟基芜花素>芜花素>芹菜素-7,4’二甲醚;文章最后对鼠李素分子清除羟基自由基的反应历程进行了动态模拟分析。     

新型咔唑衍生物密度泛函理论的研究

运用量子化学中的密度泛函和含时密度泛函理论法,计算1种新型咔唑衍生物,以探讨其几何构型、电子结构、前线分子轨道和电子光谱性质。计算结果表明当2-(4-吡啶基)乙烯基的反式构型与咔唑环作用时比顺式稳定,引入取代基后使化合物的HOMO和LUMO之间的能隙降低,吸收光谱红移。电子被激发时,电子从咔唑环向吡啶环转移,说明新型咔唑类化合物具有很好的光学性能,可以作为空穴传输材料。     

论(Cl_2BN_3)_n(n=1-4)簇合物

用密度泛函论B3LYP/6-311+G*法,计算(C1_2BN_3)_n(n=1-4)簇合物的结构和性质.发现,多聚体(C1_2BN_3)_n(n=2-4)的优化构型原来是由不同子体系的叠氮基α-N和B原子相连而形成的环状结构。几何参数的比较分析还发现N_α-B、N_α-N_β、N_β-N_Υ和B-Cl的键长与聚合度密切相关,环状构型中B-N_α-B键角总比N_α-B-N_α大。同时计算所有优化构型的振动频率,将其IR谱归类.通过热力学计算,发现簇合物的稳定性为3A>3B;4A>4B.由焓变可知,从单体形成二聚体于热力学不利,而形成最稳定三聚体和四聚体的温度分别达800K和500K仍是有利的.     

2-(4-甲氧基苯基)亚肼基乙酸与乙醛酸反应密度泛函理论研究

本文应用量子化学密度泛函理论(DFT)研究了2-(4-甲氧基苯基)亚肼基乙酸与乙醛酸的反应机理及动力学行为,并研究了不同取代基对反应的影响.在RB3LYP/6-31G*水平上,优化了各反应通道的反应物、中间体、过渡态及产物的几何构型,计算了各驻点的振动频率、零点能和电荷分布.计算结果表明,该反应有2条反应通道,分别生成(2Z)和(2E)-3(4-甲氧基苯基二氮烯基)丙烯酸.产物发生了键长的平均化和电荷的重新分布.两反应通道具有相同的反应入口,Z式产物为主要产物,2-(4-甲氧基苯基)亚肼基乙酸中苯环对位被给电子基团取代,有利于反应进行.     

酚羟基取代异黄酮类化合物的抗氧化活性理论筛选

运用密度泛函理论(Density Function Theory,DFT)中的B3LYP方法,6-31G(d)基组水平上计算了65种酚羟基取代的异黄酮类化合物的前线轨道能级和O-H键离解能(BDE),并讨论了这些化合物抗氧化活性的构效关系。结果表明,B环为异黄酮类化合物抗氧化、清除自由基的主要活性部位;C环的2-OH是必要的增效酚羟基,在增强抗氧化活性具有非常重要的作用;在C2位羟基作用下4’-OH可以显著增强异黄酮类化合物的抗氧化活性,同时3’-OH对4’-OH的协同作用增强了4’位羟基的活性。在所有标题化合物中,C3(2,3,4’-三羟基异黄酮)、C13(2,3,4’,5’-四羟基异黄酮)和C22(2,3,3’,4’,5’-五羟基异黄酮)具有较强的清除自由基活性,可作为潜在的高效抗氧化剂。