芳香族炸药结构与撞击感度的理论研究

摘要

芳香族化合物是一类重要的高能炸药，是目前用量最大用途最广的一类单质炸药。炸药在生产，运输和使用过程中不可避免地会受到机械碰撞，因此，撞击感度是判断一种炸药危险性的重要指标。撞击感度通常依靠实测，然而影响因素很多，因此人们希望可以从理论上加以判别，故理论研究炸药撞击感度与分子结构的关系一致是该领域的热点课题。虽然现在研究很多，但都有不足，难以满足现代的要求。本论文在密度泛涵理论结构优化的基础上，研究了芳香族炸药的芳香族判断—核独立化学位移(Nucleus-IndependentChemical Shifts，NICS)和芳香性的振荡模式(harmonic oscillatormodel of aromaticity，HOMA)与撞击感度的关系，并用NICS与零点校正能的乘积作为描述符判断了芳香族炸药的撞击感度，最后还在结构优化的基础上，计算了22种结构参数，运用多元线性回归法确定了与芳香族炸药撞击感度有密切关系的6种描述符，并运用主成份回归和支持向量机建立 Quantitatives Structure PropertyRelationship(QSPR)模型用于预测芳香族炸药的撞击感度。
　　 本文首次将芳香性指标—NICS和HOMA用于判断芳香族炸药的撞击感度，结果发现该方法能较好地解决结构相似的炸药。
　　 此外，还考虑了零点校正能，用NICS和零点校正能的乘积作为一种判断芳香族炸药撞击感度的描述符。结果发现对于硝基苯和硝基苯胺类炸药，可以用该描述符统一起来判断，相关系数达0.997，也可以解决硝基甲苯类炸药的感度问题，相关系数为0.95。
　　 然而炸药分子的结构复杂，影响感度的因素较多，而且某些炸药的力学引发机理尚不明确，使得仅仅使用量子化学方法研究分子特征量与撞击感度间的关系存在困难。因此，本文还在密度泛涵理论(Density Functional Theory，DFT)计算分子、电子结构基础上，引入了多元线性回归法研究了37个不同芳香族炸药分子特征量与撞击感度的关联关系，找出了影响芳香族炸药的主要结构参数：硝基个数，氨基个数， NICS(1)值，最长C-NO2键键长，最高未占轨道能(EHOMO)以及是否含有α-C-H键。
　　 在用多元线性回归确定六个参数的基础上，首次将主成份回归法、支持向量机用来判断芳烃的撞击感度。结果发现他们都可作为判断撞击感度的方法，并且通过他们建立的QSPR模型具有很好的预测能力，得出的测试组的相关系数分别为：0.995和0.993。
　　 以上的研究不仅为研究炸药的撞击感度提供了几种新的思路或方法，而且为设计并合成符合实际需要的新型炸药分子具有一定的借鉴意义。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1 国内外研究进展

1.1.1 键离解能法

1.1.2 最大中点静电势法

1.1.3 最小键级法

1.1.4 最易跃迁法

1.1.5 硝基电荷法

1.1.6 热解引发反应活化能法

1.1.7 人工神经网络

1.2本论文主要研究内容

2理论基础和计算方法

2.1密度泛函理论

2.2芳香性判据

2.2.1几何判据

2.2.2 NICS判据

2.3 定量结构-性质关系

2.3.1 定量结构-性质关系概述

2.3.2 QSPR建模的主要步骤

3芳香族炸药撞击感度的芳香性判据

3.1硝基苯胺类炸药

3.1.1引言

3.1.2 计算方法

3.1.3 结果和讨论

3.2硝基苯类炸药

3.2.1 HOMA判据

3.2.2 NICS判据

3.3结论

4表征芳香族炸药撞击感度的简单方法

4.1引言

4.2计算方法

4.3结果与讨论

4.3.1 硝基苯类和硝基苯胺类炸药

4.3.2 硝基甲苯类炸药

4.3.3 硝基苯酚类炸药

4.4结论

5多元线性回归在芳香性炸药撞击感度的应用

5.1计算方法

5.2模型的建立

5.3结果与讨论

5.4结论

6主成份回归在芳香族炸药撞击感度中的应用

6.1研究方法

6.2结果与讨论

6.2.1 主成分数的确定

6.2.2 与传统模型的比较

6.3结论

7支持向量机在炸药撞击感度中的应用

7.1引言

7.2研究方法

7.2.1计算方法

7.2.2 支持向量机建模方法

7.3结果与讨论

7.4结论

结 论

致 谢

参考文献

硕士学位期间发表的学术论文