Cl2+2HBr=2HCl+Br2反应的机理和应用

用密度泛函理论(DFT)B3LYP方法,取6-311G**基组,细致研究了反应Cl2+2HBr= 2HCl+Br2的机理,求得一系列四中心和三中心过渡态.双分子基元反应Cl₂+HBr®HCl+ BrCl和BrCl+HBr®Br₂+HCl的活化能(138.96和147.24 kJ· mol-1)小于Cl₂,HBr和BrCl的解离能,从理论上证明了标题反应将优先以分子与分子作用形式完成.将其应用于从HBr中回收溴,以Cl₂直接与HBr气体反应,生成的含溴混合气体,经冷凝并以四氯化碳吸收分离得到液溴和盐酸;溴的回收率大于96%,其含氯量小于3.0%.提供了运用基础理论解决生产中难题的成功例证.     

多氰基立方烷生成热的DFT-B3LYP和半经验MO研究

运用密度泛函理论(DFT)B3LYP方法和半经验MO(MINDO/3,MNDO,AM1和PM3)方法系统计算了全部21种多氰基立方烷的生成热,首先,在DFT-B3LYP/6-31G^*水平下通过不破裂立方烷笼状骨架(亦即选择立方烷为参考物)的等键反应设计,精确计算了9种多氰基立方烷的生成热;发现B3LYP/6-31G^*结果分别地均与上述四种半经验MO方法求得的生成热之间存在良好的线性关系(相关系数均在0.9994以上),且以AM1生成热与B3LYP/6-31G^*计算值最为接近,其次,其它12种多氰基立方烷的精确生成热借助上述线性关系通过校正对应的AM1结果而获得,多氰基立方烷的生成热很高,且随-CN基数目的增加而线性地增大,表明它们属于极具潜力的“新一低高能炸药”而具开发价值。     

多氰基立方烷生成热的DFT-B3LYP和半经验MO研究

运用密度泛函理论(DFT)B3LYP方法和半经验MO(MINDO/3,MNDO,AM1和PM3)方法系统计算了全部21种多氰基立方烷的生成热,首先,在DFT-B3LYP/6-31G^*水平下通过不破裂立方烷笼状骨架(亦即选择立方烷为参考物)的等键反应设计,精确计算了9种多氰基立方烷的生成热;发现B3LYP/6-31G^*结果分别地均与上述四种半经验MO方法求得的生成热之间存在良好的线性关系(相关系数均在0.9994以上),且以AM1生成热与B3LYP/6-31G^*计算值最为接近,其次,其它12种多氰基立方烷的精确生成热借助上述线性关系通过校正对应的AM1结果而获得,多氰基立方烷的生成热很高,且随-CN基数目的增加而线性地增大,表明它们属于极具潜力的“新一低高能炸药”而具开发价值。     

Cl+F2→ClF+F和F+ClF′→ClF+F′反应机理的密度泛函理论研究

用密度泛函理论(DFT)B3LYP方法, 在6-311G基组下,计算研究了反应Cl+F2→ClF+F和对称反应F+ClF′→ClF+F′的机理。求得前者的过渡态为三角形,活化能为15.57 kJ*mol-1;后者的过渡态为线形和三角形,活化能分别为11.52和196.25 kJ*mol-1。结果均经过振动分析和IRC计算验证。     

A theoretical study on the intermolecular interaction of energetic system-Nitromethane dimer

Three optimized geometries of nitromethane dimer have been obtained at the HF/6-31G level.Dimer binding energies have been corrected for the basis set superposition error (BSSE) and the zero point energy.Computed results indicate that the cyclic structure of (CH3NO2)2 is the most stable of three optimized geometries,whose corrected binding energyis 17.29 kJ mol-1 at the MP4SDTQ/6-31G//HF/6-31G level.In the optimized structures of nitromethane dimer,the inter-molecular hydrogen bond has not been found; and the charge-transfer interaction between CH3NO2 subsystems is weak; and the correlation interaction energy makes a little contribution to the intermolecular interaction energy of the dimer.     

蒽醌及其羟基衍生物的密度泛函理论研究

运用密度泛函理论, 在B3LYP/6-31G*水平上, 对蒽醌及其羟基取代衍生物进行理论计算. 几何全优化的结果表明, 标题化合物均取平面构型, 分子内氢键对几何构型和电子结构影响很大. 基于简谐振动分析求得IR谱频率和强度, 并作了对称性分类和指认, 计算值与实验值良好相符. 运用含时密度泛函理论方法在相同水平上计算了标题物的电子吸收光谱, 发现蒽醌芳环取代衍生物的最低激发单重态均源自HOMO-LUMO(π→π*)跃迁. 基于振动分析, 由统计热力学求得了标题物的热力学性质.     

分子动力学模拟浓度和温度对TATB/PCTFE PBX力学性能的影响

为探讨高聚物粘结炸药(Polymer Bonded Explosive, PBX)的力学性能随温度和高聚物浓度而变化的规律, 用分子动力学(MD)方法和compass力场, 对著名高能炸药1,3,5-三氨基-2,4,6-三硝基苯(TATB)与常用高聚物粘结剂聚三氟氯乙烯(PCTFE)所构成的TATB/PCTFE PBX进行模拟计算. 结果表明, 在一定范围内, 随高聚物浓度的增加, PBX的弹性系数和模量减小, 表明其刚性减小、弹性增加; 而随温度的升高, PBX的刚性减小、弹性增强. 还发现PBX的结合能随浓度增高而增大, 随温度升高而减小.     

TATB二聚体分子间作用力及其气相几何构型研究

采用对称性匹配微扰理论(SAPT)定量地求得TATB分子间的静电、交换排斥、诱导和色散等分子间作用能项, 从理论上揭示了TATB分子间作用本质; 在此基础上, 阐明了密度泛函在研究TATB二聚体时的适合性问题. 结果表明: (1)在有分子间氢键的TATB二聚体中, 库仑力足以与交换排斥力相抗衡, 起主导作用. (2)含分子间氢键的气相TATB二聚体的合理几何构型为平面型结构, 此结构的产生与色散力无关, 因此不管泛函是否含有近程色散作用, 均应预测到这种强极性的平面型结构. (3)在无分子间氢键的TATB二聚体中, 库仑力难以与交换排斥力相抗衡, 色散作用起到了关键作用; (4)在这种情况下, 未含有近程色散作用的密度泛函不可能给出合理构型. 恰好相反, 含有近程色散作用的密度泛函PBE0却能正确地预测到具有“平行重叠”结构且呈微弱极性的TATB二聚体, 色散力是导致这种构型产生的根本原因. “平行重叠”TATB二聚体是典型的色散体系, 其色散力占绝对主导地位并极有可能起源于两个TATB分子上π电子的相互作用. (5)对于所有TATB二聚体, 色散力或很显著或起主导作用. 由于密度泛函或未含有近程色散, 或只能部分地把近程色散表达出来, 这样使得当前所有密度泛函不可能精确求得这些二聚体的作用能.     

HMX/TATB复合材料弹性性能的MD模拟

用分子动力学(MD)方法COMPASS力场, 分别在正则系综(NVT)和等温等压系综(NPT)下, 模拟计算了著名常用高能炸药HMX(环四甲撑四硝胺)与著名钝感炸药TATB (1,3,5-三氨基-2,4,6三硝基苯)所构成的混合体系在室温时的弹性性能和结合能. 结果表明, 在NVT和NPT两种系综下模拟所得结果呈平行一致的趋势; 与纯HMX相比, HMX/TATB复合材料的拉伸模量、体模量和剪切模量均有所下降; 在NVT系综下, 还完成了HMX/TATB混合体系的不同温度的MD模拟. 发现当温度在245～345 K范围时, 体系的刚性和弹性变化很小; 但当温度达到395 K时, 材料的刚性减弱, 柔性增强.     

含能材料的密度、爆速、爆压和静电感度的理论研究

用密度泛函理论(DFT) B3LYP方法, 在6-31G*基组水平下, 全优化计算了系列硝胺类和硝基芳烃类爆炸物的几何构型, 用Monte-Carlo方法和自编程序, 基于0.001 e•bohr^－3等电子密度面所包围的体积空间求得分子平均摩尔体积(V)和理论密度(ρ). 用Kamlet-Jacobs方程基于理论密度(ρ)和PM3计算生成焓(ΔH_f)估算标题物的爆速(D)和爆压(p), 发现多环硝胺类化合物的爆轰性能优于芳烃硝基类化合物, 故此, 在寻求高能量密度材料(HEDM)时, 我们应特别关注多环硝胺化合物. 与ρ和D文献值比较, 表明本理论计算方法和结果是适用可靠的. 将爆速(D)和爆压(p)计算值与静电感度实验值(E_ES)进行比较和关联, 发现: 若对化合物进行细致分类讨论, 则它们之间存在较好的线性关系. 据此建议, 在含能材料分子设计中, 可通过理论计算爆轰性质(D或p)去预估难以定量求得或尚未合成的含能材料的静电火花感度值(E_ES). 此外, 我们还讨论了取代基对ρ, D和p的影响, 也有助于分子设计.