多硝基立方烷等有机笼状高能化合物结构和性能的量子化学研究

摘要

多硝基立方烷是非常重要的立方烷衍生物,其具有高张力笼状结构、属于当前热切追求的高能量密度材料(HEDM).它们在炸药、医药、液晶和高聚物等领域均有广阔的应用前景.为了阐明多硝基立方烷结构、性能及其相互关系,该文运用量子化学中从头计算(ab initio)、密度泛函理论(DFT)和半经验分子轨道(MO)等方法研究了它们的分子几何、电子结构、IR光谱、生成热和其它热力学性质、动力学酸性pK<,a>、热分解机理以及爆炸和爆轰性质.此外,作为比较和扩充,还计算研究了氰基、异氰基和硝酸酯基立方烷三类化合物的结构和生成热;对于特别重要并具有笼状结构的六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)的结构和性质也进行了初步研究.

目录

文摘

英文文摘

绪论

1多硝基立方烷的分子几何构型和电子结构

1.1引言

1.2计算方法

1.3结果和讨论

工“

1.3.2电子结构

1.4本章小结

2多硝基立方烷的红外振动光谱和热力学性质

2.1引言

2.2计算方法

2.3结果和讨论

2.3.1红外振动光谱

2.3.2热力学性质

2.4本章小结

3多硝基立方烷的生成热

3.1引言

3.2计算方法

3.3结果和讨论

3.3.1生成热的计算

3.3.2硝基基团的数目和位置对生成热的影响

3.4本章小结

4多氰基、异氰基和硝酸酯基立方烷的生成热

4.1引言

4.2计算方法

4.3结果和讨论

4.3.1生成热的计算

4.3.2氰基、异氰基和硝酸酯基的位置和数目对生成热的影响

4.4本章小结

5多硝基立方烷的动力学酸性

5.1引言

5.2结果和讨论

5.2.1环外C-H键的碳轨道中s成分与分子结构的关系

5.2.2动力学酸性、平均s成分和平均C-H伸缩频率三者之间的关系

5.3本章小结

6多硝基立方烷的热分解机理

6.1引言

6.2计算方法

6.3结果和讨论

6.3.1方法的选择

6.3.2热分解机理和热稳定性的阐明

6.4本章小结

7八硝基立方烷的爆炸爆轰性质

7.1引言

7.2计算方法

7.3结果和讨论

7.3.1晶体的生成热、升华热和密度

7.3.2爆炸和爆轰性质

7.4本章小结

8六硝基六氮杂异伍兹烷的理论研究

8.1引言

8.2计算方法

8.3 CL-20的静态计算结果和讨论

8.3.1分子几何构型

8.3.2原子净电荷和键集居数

8.3.3分子总能量和前线轨道能级

8.3.4红外光谱和热力学性质

8.4 CL-20热解机理初探

8.4.1分子几何构型的递变

8.4.2原子上净电荷的递变

8.4.3热解反应位能曲线

8.4.4热解活化能和撞击感度

8.5本章小结

结论

参考文献

致谢

在学期间发表和待发表的学术论文