新型高能氮杂环化合物的分子设计

摘要

近年来，高能氮杂环化合物逐渐发展起来，被认为是具有良好应用前景的一类新型高能材料。本文运用密度泛函理论(DFT)方法，系统地研究了四种类型多系列高能氮杂环化合物，并将计算的结果与传统炸药RDX和HMX的性能进行比较，从而筛选出性能和稳定性都较好的潜在候选物。本研究可为设计和合成新型高能量密度化合物提供基本的信息。主要内容如下:
　　 第一部分:运用DFT-B3LYP/6-31G**方法，研究了系列4，8-二呋咱[3，4-b，e]哌嗪衍生物的生成热、电子结构、爆轰性能以及热稳定性。基于等键反应，通过利用总能量的方法计算了目标衍生物的生成热。基于预测的理论密度，用Kamlet-Jacobs方程估算他们的爆速和爆压。通过分析相对较弱键的键解离能和键级比较了化合物他们的热稳定性。综合爆轰性能和热稳定性得出，2种4，8-二呋咱[3，4-b，e]哌嗪衍生物可作为潜在的高能量密度化合物的候选物。
　　 第二部分:对含二氟氨基的四元、六元和八元氮环衍生物的生成热、密度、爆轰性能和热稳定性进行了系统的研究。首先，借助于等键反应，利用总能量计算出他们的生成热。然后在计算密度的基础上，利用Kamlet-Jacobs方程研究爆轰性能，最后，通过分析他们可能断裂化学键的键解离能判定热稳定性。
　　 第三部分:在B3LYP/6-31G**水平上，优化了1，3-二硝基氮杂丁烷及其系列衍生物的几何构型，求得其总能量以及最高占有轨道(HOMO)和最低占未有轨道(LUMO)的能量。然后设计等键反应，计算了他们的生成热。讨论了取代基和杂环对生成热的影响规律。在理论密度估算的基础上，运用Kamlet-Jacobs方程计算出其爆速爆压。再通过比较衍生物中较弱化学键的键级和键解离能预测其稳定性，从而筛选出综合性能较好的候选物。
　　 第四部分:研究了不同取代基对3，6-2H-1，2，4，5-四嗪的生成热、电子结构、爆轰性能和热稳定性的影响。通过设计结合等键反应，根据计算得到的能量值估算他们的生成热。基于理论密度，用Kamlet-Jacobs方程估算他们的爆速和爆压;比较不同取代基以及取代位置对其爆轰性能的影响。通过比较相对较弱化学键的键解离能，判定衍生物的稳定性。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 选题背景和意义

1．1．1 背景

1．1．2 科学意义及应用前景

1．2 研究概况及进展

1．3 研究方法及内容

2 理论方法简介

2．1 密度泛函理论

2．2 常用基组的选择

2．2．1 最小基组

2．2．2 劈裂价键基组

2．2．3 极化基组

2．2．4 弥散基组

2．3 主要方法

2．3．1 等键反应

2．3．2 原子化反应

3 4，8-二呋咱[3，4-b，e]哌嗪衍生物的结构和性质

3．1 引言

3．2 计算方法

3．3 结果与讨论

3．3．1 生成热

3．3．2 电子结构

3．3．3 爆轰性能

3．3．4 热稳定性

3．4 小结

4 含二氟氨基四元、六元和八元氮杂环衍生物的结构和性质

4．1 引言

4．2 计算方法

4．3 结果与讨论

4．3．1 生成热

4．3．2 电子结构

4．3．3 爆轰性能

4．3．4 热稳定性

4．4 小结

5 1，3-二硝基氮杂丁烷衍生物的结构与性质

5．1 引言

5．2 计算方法

5．3 结果与讨论

5．3．1 生成热

5．3．2 电子结构

5．3．3 爆轰性能

5．3．4 热稳定性

5．4 小结

6 3，6-2H-1，2，4，5，-四嗪取代衍生物的结构和性质

6．1 引言

6．2 计算方法

6．3 结果与讨论

6．3．1 生成热

6．3．2 电子结构

6．3．3 爆轰性能

6．3．4 热稳定性

6．4 小结

7 结论

致谢

参考文献