ε-六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)热解机理的理论研究

运用量子化学中非限制性Hartree-Fock自洽场(UHF-SCF) PM3分子轨道(MO)方法, 计算研究六硝基六氮杂异伍兹烷(HNIW或CL-20)的最稳定ε晶型化合物的气相热解引发反应. 求得可能的四种不同热解反应通道的过渡态、活化能和位能曲线, 发现其热解引发步骤为五元环上侧链N—NO₂键的均裂. 在过渡态附近相关原子电荷发生突变.     

PCl5与NH4Cl反应生成六氯环三磷腈的链引发反应机理的理论研究

采用密度泛函理论(DFF)方法研究了五氯化磷与氯化铵反应生成六氯环三磷腈的链引发过程的微观反应机理.在GGA-HCTH/DND理论水平下优化了反应路径上存在的反应物、中间体、过渡态及产物的几何构型,并通过频率分析确认了过渡态的结构.计算结果表明,该链引发是一个非常复杂的反应过程,反应路径上存在多种中间体和过渡态,并且这...     

磷酰化丝氨酸形成六配位磷中间体的理论研究

用MNDO方法对磷酰化丝氨酸仿生化反应机理中六配位磷中间体的形成过程进行了研究.磷酰化丝氨酸(1)形成分子内磷酸-羧酸分子内混酐的五配位磷中间体(2)后,其酸性质子解离,分子经过具有氢桥键结构的过渡态,使氨基酸侧链羟基上的氢通过氢键作用向磷上的O₁进行转移,然后再经过构型由三角双锥向八面体的转变,形成六配位磷中间体(3).氢桥键的存在使反应过渡态能量降低,其相对能量为148.5kJ/mol.理论计算较成功的解释了六配位磷中间体的形成机理以及磷酰化丝氨酸仿生化反应中羧基和侧链羟基共同参与的实验结果.     

乙基乙酰胺热解反应机理的MO研究

对于烷基乙酰胺的初始热解反应机理, 通常认为与酯类的热解反应相类似。Maccoll和Nagra通过对该热解反应的动力学研究, 认为两者存在不同。差异之一, 烷基乙酰胺存在两种可能的热解途径【参见本文(129页)前述反应方程(1),(2)】。而在酯类热解反应中(2)的活化能过高, 且四元环过渡态极不稳定。差异之二, 极性溶剂(比如乙酸)对酰胺热解反应的催化作用不明显, 而对酯类等气相热解反应的催化作用是十分显著的。为此, 我们用MINDO/3分子轨道法对乙基乙酰胺的初始热解反应进行了较全面的研究。用能量梯度法对此反应的反应物、中间体和生成物的平衡几何构型进行了全优化。(如图1所示)用极小能量途径法分别寻找反应(1)和反应(2)的初始过渡态, 继而用Powell法全优化过渡态的几何构型, 计算所得的过渡态TS1、TS2和TS3分别见图2a, 图3a和图4a。为了确证这些过渡态, 进行了振动分析研究, 结果表明这些过渡态的力常数矩阵的诸本征值中均只有一个负值, 且虚振动模式展示了走向各自的反应物和生成物的趋势, (如图2b,图3b和图4b所示)。它们的总能量及反应(1)和反应(2)的活化能列于表1. 对整个热解反应(1)作了内禀反应坐标(IRC)理论分析, 反应历程见图5所示. 与IRC相应的总能偶极矩以及部分关键的键长和原子净电荷变化一并列于表2.本文研究结果表明, 在乙基乙酰胺的初始反应中主反应即反应(1)与酯类反应相类似, ...     

六硝基六氮杂异伍兹烷及其残余物的热分解

在(2.0±0.1) MPa氩气氛围下六硝基六氮杂异伍兹烷(HNIW)在(204.0±0.5)、(208.0±0.5)、(212.0±0.5)和(216.0±0.5) ℃下分别加热10、20、30、40、50 和60 min. 采用元素分析、扫描电子显微镜(SEM)、傅立叶变换红外(FTIR)光谱仪、差示扫描量热(DSC)仪、热重-差示扫描量热仪-质谱(TG-DSC-MS)仪和热重-红外(TG-FTIR)仪对(208.0±0.5) ℃下得到的残余物进行研究. 结果表明, HNIW离子在210.0 ℃左右恒温热解60 min 后, 残余物的组成为C2H2N2O. 残余物中未分解的HNIW比初始HNIW稳定性差. 在等温条件下, HNIW是逐步分解的. HNIW残余物的热分解分为三个阶段, 第一个分解阶段主要为未分解的HNIW的热分解, 第二阶段主要为五员环硝铵和碳氮杂环化合物的分解反应, 第三阶段主要为五员环硝铵的分解反应和NO2的二次反应, 并获得了每一个阶段的热分解产物.     

几种新型六氮杂异伍兹烷衍生物结构与性能的理论预测—— 高能量密度化合物的寻求

以CN, NC, ONO2, N3, NH2, N2H, NHNH2, N4H和N4H3 9种含氮高能基团为取代基, 分别取代2,4,6,8,10,12-六氮杂异伍兹烷(IW)中亚氨基的6个H原子所形成的9种六氮杂异伍兹烷衍生物作为研究目标分子. 运用密度泛函理论, 在B3LYP/6-31G**水平上求得了它们的分子几何构型、电子结构、解离能(BDE)及IR谱等信息, 并设计等键反应计算了生成热( ). 基于统计热力学原理计算拟合了100～1200 K温度范围内体系的热力学函数, 利用Kamlet-Jacobs方程估算了它们的爆轰性能. 研究结果表明, 9种六氮杂异伍兹烷衍生物存在两种可能的热解引发类型. 在衍生物HNiIW, HBDAIW和HBAIW中, 可能的热解引发键是取代基内部的化学键, 而其余衍生物的热解引发键则可能是骨架N与取代基R之间N—R键. 另外, 硝酸酯基(ONO2)取代所得化合物HNiIW的密度ρ、爆速D及爆压p分别为1.998 g•cm－3, 9.71 km•s－1和44.47 GPa, 完全达到高能量密度化合物(HEDC)的基本要求, 且优于已应用的HNIW, 有望成为新型的HEDC.     

水助甲酰胺-H2O2氧化乙烯制环氧乙烷反应机理的理论研究

采用MP2方法研究了甲酰胺-H2O2氧化乙烯制取环氧乙烷的反应机理.优化得到了反应物、过渡态、中间体及产物的几何构型并计算了反应势垒.研究结果表明:没有水参与时,反应需要通过四元环过渡态完成,反应势垒很高,在常温下难以进行;有水参与时,在水分子的协助下,反应可以通过六元环过渡态完成,反应势垒较低,常温下反应容易进行.     

聚对苯二甲酸丁二醇酯二聚体热降解机理的理论研究

采用密度泛函理论(DFT)方法 M06-2X/6-311G(d)研究了聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)二聚体的热降解机理,对PBT二聚体热解过程设计了八条可能反应路径,计算了每条反应路径的各基元反应步的热力学及动力学参数。计算结果表明,在PBT初始热解过程中,主链发生协同反应的反应能垒明显低于自由基反应的能垒,因此,通过协同反应生成的对苯二甲酸、对苯二甲酸单丁烯酯、对苯二甲酸二丁烯酯和二对苯二甲酸-1,4-丁二酯是PBT初始热解主要产物。主链通过六元环过渡态进行的协同反应的反应能垒低于通过四元环过渡态的,PBT主链的断裂主要通过六元环过渡态的协同反应而进行。此外,还讨论了PBT主要产物的二次降解反应,研究发现,在二次降解反应过程中主要以协同反应为主,生成1,3-丁二烯、四氢呋喃、苯、CO₂、苯甲酸等主要产物。     

水助甲酰胺-H2O2氧化乙烯制环氧乙烷反应机理的理论研究

采用MP2方法研究 了甲酰胺-H₂O₂氧化乙烯制取环氧乙烷的反应机理. 优化得到了反应物、过渡态、中间体及产物的几何构型并计算了反应势垒. 研究结果表明: 没有水参与时, 反应需要通过四元环过渡态完成, 反应势垒很高, 在常温下难以进行; 有水参与时, 在水分子的协助下, 反应可以通过六元环过渡态完成, 反应势垒较低, 常温下反应容易进行.     

果糖低温快速热解制备糠醛的机理研究

果糖低温快速热解制备5-羟甲基糠醛(HMF)的过程中,糠醛(FF)是一种重要的副产物。通过Py-GC/MS(快速热解-气相色谱/质谱联用)实验考察果糖低温快速热解过程中FF的形成特性。结果表明,FF的产率和相对含量都随着热解温度的提高先增大后减小,并在350℃时达到最大值,最高相对峰面积含量达到11.6%。此外,通过密度泛函理论计算,研究果糖热解形成FF的四条可能途径,计算结果表明,果糖热解形成FF的最优途径为路径2,即果糖首先经历一个协同的六元环过渡态,C5-C6键断裂的同时C6位羟基上的氢与C4位的羟基发生脱水反应,脱出一分子甲醛和一分子水,生成含C4=C5双键的二氢呋喃中间体,随后C2位上的羟基与C1位上的氢通过一个四元环过渡态又脱出一分子水,生成的烯醇中间体中烯醇氢与C3位的羟基最后经历一个六元环的过渡态再脱出一分子水,最终形成FF。     

六氟乙烷的热分解特性

采用管式炉研究了950~1100 ℃温度区间C2F6的分解特性, 并研究了C2F6的初始浓度、反应温度、停留时间对C2F6分解率的影响. 实验结果表明, C2F6初始浓度越低、温度越高、反应时间越长, C2F6分解率就越高. 同时, 热解反应的反应级数应该介于0和1之间. 在温度为1100 ℃, C2F6初始浓度为223.21 μmol/L, 停留时间为2 s时, C2F6分解率高达90%. 根据Arrhenius方程计算, 在950~1100 ℃, C2F6热分解反应的活化能(Ea)为313.2 kJ/mol, 频率因子(A)为8.8×1011 s-1.     

偏氟乙烯/六氟丙烯乳液共聚反应动力学

对气相含氟单体偏氟乙烯(VDF)/六氟丙烯(HFP)的乳液共聚反应动力学机理进行了研究.结果表明:在80℃下,上述两种单体共聚反应速率r对乳化剂浓度(S)、引发剂浓度(I)和反应总压力(p)分别呈0.05级、0.31级和1.59级反应,由此推导得乳液共聚的反应速率表达式为:r一1.11×10-4S0.05I0.31P1.59,其中速率常数k=1.11×10-4g-0.37L0.37(MPa)-0.59min-1.由上述动力学方程计算得到的乳液共聚反应速率与实验结果一致.同时对两种单体的竞聚率做了初步讨论.     

手性和尺寸对受限于单壁碳纳米管内的硝基甲烷热解反应的影响

采用组合的量子化学ONIOM(B3LYP/6-311++G**:UFF)方法, 研究了不同直径的扶手椅型(CNT(5,5)、CNT(6,6)、CNT(8,8))和锯齿型(CNT(9,0)、CNT(10,0)、CNT(11,0))单壁碳纳米管(CNTs)的限制作用对硝基甲烷分子结构和热解反应的影响. 分子结构分析表明, 与单体硝基甲烷相比, 受限于直径较小的CNT(5,5)和CNT(9,0)碳纳米管内的硝基甲烷构型发生扭转, Cs对称性消失, C—N键长略微缩短; 而受限于CNT(6,6)、CNT(8,8)、CNT(10,0)和CNT(11,0)内的硝基甲烷结构变化不明显. 热解势能面计算发现, 与硝基甲烷单体的热解是一个无过渡态的解离过程明显不同: 硝基甲烷在CNT(5,5)和CNT(9,0)碳纳米管内沿C—N键的解离经历过渡态结构, 所需克服的活化能比单体的解离能分别下降了约71和58 kJ·mol-1; 在CNT(6,6)和CNT(10,0)碳纳米管内, 硝基甲烷的热解活化能略有下降; 而在直径较大的CNT(8,8)和CNT(11,0)碳纳米管内, 热解活化能基本不变. 研究结果表明, 直径小的碳纳米管的限制作用对硝基甲烷热解活化能影响显著, 碳纳米管的手性对硝基甲烷热解反应影响不明显.     

两亲性六臂星型端氨基PEG-PLGA的合成、表征及胶束化行为

采用本体开环聚合法,以乙交酯(GA)和DL-丙交酯(DLA)为原料,肌醇为引发剂,合成了一系列不同分子量的六臂星型聚乳酸聚乙醇酸(PLGA)(6-s-PLGA50,6-s-PLGA100,6-s-PLGA200,其中50,100,200为原料与引发剂的摩尔比),采用羧基化反应对其端基进行羧化处理.以聚乙二醇4000(PEG4000)为原料用对甲苯磺酰化法得到sTO-PEG-OTs,再进行氨解得到双端氨基PEG(H2N-PEG-NH2).末端羧基6-s-PLGAx通过N-环己基碳二亚胺(DCC)缩合反应与双端氨基PEG连接得到两亲性星型六臂结构的聚合物(6-s-PLGAx-PEG-NH2).分别用核磁共振氢谱法(1H NMR)、凝胶排阻色谱法(GPC)及差示热量热分析法(DSC)等手段对6-s-PLGAx和6-s-PLGAx-PEG-NH2进行了表征.以6-s-PLGA100-PEG-NH2聚合物为例,自组装得到空白的纳米粒子,并用透射电子显微镜法(TEM)和动态光散射法(DLS)考察了粒子的表面形态以及粒径分布特征,用1H NMR分析了胶束的"核-壳"结构.用噻唑蓝四氮唑溴化物(MTT)比色法探讨了该两亲性材料的体外细胞毒性.研究结果表明,合成了不同分子量的两亲性六臂星型端氨基PEG-PLGA,该两亲性聚合物可自组装形成纳米胶束,粒径范围在40～60 nm,与PLGA相比体外细胞毒性无显著性差异.     

硼砂与尿素合成六方氮化硼的机理

研究了N_2气氛下硼砂与尿素反应生成六方氮化硼以及主要副产物产生和变化的过程,采用热重-差示扫描量热法(TG-DSC)、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)等检测手段对反应产物和氮化硼样品进行了分析.研究结果表明,氮化硼在700℃左右完全生成,随焙烧温度的提高其结晶度不断提高.反应副产物偏硼酸钠的生成是导致氮化硼产率较低的主要原因,在高温焙烧过程中偏硼酸钠的存在有利于六方氮化硼的结晶过程.研究结果可为硼砂-尿素法六方氮化硼制备工艺的优化和改进提供理论基础.     

六硝基六氮杂异伍兹烷结构和性质的理论研究

用abinitio和DFT方法,分别在HF/6-31G^*和B3LYP/6-31G^*水平下全优化计算了高能量密度材料六硝基六氮杂异伍兹烷(HNIW)的α(γ),β和ε型构象的分子几何构型、电子结构、IR谱和298～1000K温度下的热力学性质,细致分析比较了两种方法和相关的实验结果。理论计算几何参数与实验值相一致。分子中N—N键较长,N—N键Mulliken集居数较小,预示该键为热解和起爆的引发键。所得的IR谱形符合实验、指纹区频率与实验的平均绝对差值小于45cm^-1。由前线MO能级及其差值预示的热力学稳定性次序[ε＞α(γ)＞β]与实验排序相吻合。     

噁唑硼烷催化前手性酮肟醚不对称还原反应的密度泛函研究

对噁唑硼烷催化前手性酮肟醚不对称还原反应进行了密度泛函理论(DFT)研究. 在B3LYP/6-31G(d)水平下对反应主要中间体和过渡态结构进行了完全优化, 并通过振动分析确认了过渡态. 结果表明, 该不对称还原反应的手性控制步骤是氢从BH3向酮肟醚羰基碳和肟基碳的转移, 还原产物的手性由这两步反应所决定. 在所有的反应途径中, 第一个氢的转移都是通过一个六元环的过渡态完成, 而第二个氢的转移则是通过一个五元环或四元环的过渡态完成.     

左旋葡聚糖热解机理的密度泛函理论研究

采用密度泛函理论B3LYP/6-31++G(d,p)方法,对纤维素热解的主要产物左旋葡聚糖的热解反应机理进行了理论计算分析,设计了四种可能的热解反应途径, 对各种反应的反应物、产物和过渡态的结构进行了能量梯度全优化。计算结果表明,左旋葡聚糖开环成链状中间体时,首先,左旋葡聚糖中的两个半缩醛键C(1)-O(7)和C(6)-O(8)断裂,经过渡态TS₁形成中间体IM₁,同时,C(6)-O(7)结合成键使C(5)-C(6)-O(7)形成环状结构,该反应的能垒较高,为296.53 kJ/mol,然后IM₁经过渡态TS₂转变为中间体IM₂,该反应的能垒为234.09 kJ/mol;对IM₂设计了四条可能的反应路径,反应路径2和3能垒较低,是IM₂最可能的热解反应途径;在反应路径1和4中都包含了脱羰基反应,其反应能垒较高,不易发生。     

由四乙酰基二甲酰基六氮杂异伍兹烷合成六硝基六氮 杂异伍兹烷

六硝基六氮杂异伍兹烷(HNIW)是一笼形硝胺,它是迄今已知的能量最高的高能量密度化合物(HEDC),本文由四乙酰基二甲酰基六氮杂异伍兹烷(TADFIW)合成了HNW。所合成的HNW中含有少量(2%～3%)的未硝解完全的副产物,经分离鉴定,确定其为五硝基一甲酰基六氮杂异伍兹烷(PNMFIW)。以此路线合成HNW有以下优点：催化剂耗量低,反应条件温和,得率高,流程简单等。     

氧杂环丁烷热解机理的量子化学研究

本文利用半经验分子轨道理论研究了氧杂环丁烷热解为甲醛和乙烯的反应机理计算是采用半经验方法AM1进行的, 各种驻点全部运用Berny梯度方法优化. 同时, 对过渡态的结构进行了振动分析的确证. 计算表明: 1)不存在协同的同面-同面反应途径的过渡态, 其驻点只是一个二级鞍点; 2) 协同的同面-异面反应途径需要经过一个能量很高的过渡态; 3)有利的反应途径是包含了双自由基中间体的分步过程。