分子间相互作用对硝基四唑感度影响的理论研究

摘要

为适应现代军事需求，避免炸药在使用过程中发生意外爆炸，寻求新的稳定的钝感高能化合物成为人们研究的热点。大量实验和理论研究发现，分子间氢键和分子-离子相互作用可引起炸药感度的降低。借助量子化学理论方法，探索分子间氢键和分子-离子相互作用对硝基四唑及其甲基衍生物N–NO2引发键强度的影响，在一定程度上可揭示该类混合炸药感度变化的本质。该研究对于高能硝基四唑及其甲基衍生物的保管、运输、安全使用、分子设计和合成具有非常重要的意义。
　　利用B3LYP和MP2(full)理论方法，在6-311++G**、6-311++G(2df,2p)和aug-cc-pVTZ基组水平上，对Na+、Mg2+和HF与RNO2(R=–CH3、–NH2、–OCH3)的硝基及(E)-O2N–CH=CH–NO2的C=C双键间形成复合物后引发键强度的变化进行了比较研究。结果表明，除(E)-O2N–CH=CH–NO2的Mg2+???π作用体系外，形成复合物后，X–NO2(X=C、N和O)引发键强度均增大。而且，Na+离子复合物中引发键强度的变化较HF形成的分子间氢键复合物中发键强度的变化显著，前者的感度可能更低。这说明，引入阳离子对炸药感度的降低可能比形成分子间氢键对感度的降低更有效。AIM、NBO和电子密度转移分析表明，在形成复合物后，电子密度转向X–NO2引发键，使引发键强度增加，这可能是感度降低的根源。
　　采用B3LYP和MP2(full)方法在6-311++G**、6-311++G(2df,2p)和aug-cc-pvTZ水平上研究了14种硝基四唑及其甲基衍生物与HF形成分子间氢键后N–NO2引发键强度和硝基电荷的变化。结果表明，与硝基四唑及其甲基衍生物单体相比，N–NO2引发键离解能增大了，硝基电荷升高了。而且，N–NO2引发键离解能的升高与分子间氢键能成良好的线性关系。电子密度转移分析表明，在形成复合物后，电子密度转向N–NO2引发键，使引发键强度增加，这可能是感度降低的根源。
　　采用B3LYP与MP2(full)方法在6-311++G**、6-311++G(2df,2p)和aug-cc-pVTZ基组水平上研究了Na+离子与14种硝基四唑及其甲基衍生物形成分子-离子相互作用后N–NO2引发键离解能与硝基电荷的变化。结果表明，与硝基四唑及其甲基衍生物单体相比，分子-离子相互作用复合物中N–NO2引发键离解能增大。而且，N–NO2引发键离解能的升高与分子间氢键能成良好的线性关系。电子密度转移分析表明，在形成复合物后，电子密度转向N–NO2引发键，使引发键强度增加，这可能是感度降低的根源。

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第一章 绪 论

1.1 感度的定义

1.2 感度的研究进展

1.3 炸药感度的研究意义

1.4 分子间相互作用对感度的影响

1.5 四唑的研究进展

1.6 课题的提出

第二章 理论部分

2.1 量子化学计算理论背景

2.2 分子轨道理论

2.3 密度泛函理论

2.4 基组的选择

2.5 计算软件

2.6 计算结果分析

第三章 分子间氢键和分子-离子相互作用对R–NO2 (R=–CH3,–NH2 和 –OCH3)及(E)-O2N–CH=CH–NO2引发键强度的影响

3.1 引言

3.2 计算方法

3.3 结果与讨论

3.4 结论

第四章 分子间氢键对五元环硝基四唑引发键强度的影响

4.1 引言

4.2 计算方法

4.3 结果与讨论

第五章 分子-离子相互作用对五元环硝基四唑引发键强度的影响

5.1 引言

5.2 计算方法

5.3 结果与讨论

5.4 结论

参考文献