N8H8环状异构体的结构与稳定性的理论研究

采用密度泛函理论的B3LYP方法在6-311＋＋G**基组水平上对N₈H₈氮氢环状化合物可能存在的构型进行了几何优化, 得到74种稳定异构体, 应用自然键轨道理论NBO和分子中的原子理论AIM分析了这些化合物成键特征和相对稳定性, G3MP2方法计算了各异构体的能量及生成热. 研究结果表明: N原子孤对电子到相邻的氮氮键的超共轭作用是影响氮氮键长变化的主要因素; N₈H₈环状异构体的稳定性顺序为: 六元环＞七元环＞八元环, 五元环＞三元环＞四元环, 六元环是这些N₈H₈环状异构体中最稳定的, 最不稳定的是四元环, G19是所有环状异构体中能量最低的; M3能量最高, 稳定性最差, A7密度最大.     

N6H6结构和性质的理论研究

采用密度泛函理论的b3lyp方法在6-311＋＋G**基组上对15种分子式为N₆H₆的氮氢化合物进行了理论计算, 并且应用了自然键轨道理论(Nature Bond Orbital, NBO)和分子中的原子理论(Atoms In Molecules, AIM)分析了这些化合物的成键特征和相对稳定性. NBO分析表明N原子孤对电子到相邻的氮氮键的超共轭作用是影响氮氮键长变化的主要因素, AIM计算的氮氮键的键临界点电荷密度与键长呈反比关系. 而且, NBO的立体和超共轭分析表明立体交换排斥能和超共轭作用对这些分子的相对稳定性起了重要作用. G3MP2计算结果表明氮氢化合物的生成热均为正, 并且环状分子的能量和生成热都高于链状分子.     

N6H6结构和性质的理论研究

采用密度泛函理论的b3lyp方法在6-311＋＋G**基组上对15种分子式为N₆H₆的氮氢化合物进行了理论计算, 并且应用了自然键轨道理论(Nature Bond Orbital, NBO)和分子中的原子理论(Atoms In Molecules, AIM)分析了这些化合物的成键特征和相对稳定性. NBO分析表明N原子孤对电子到相邻的氮氮键的超共轭作用是影响氮氮键长变化的主要因素, AIM计算的氮氮键的键临界点电荷密度与键长呈反比关系. 而且, NBO的立体和超共轭分析表明立体交换排斥能和超共轭作用对这些分子的相对稳定性起了重要作用. G3MP2计算结果表明氮氢化合物的生成热均为正, 并且环状分子的能量和生成热都高于链状分子.     

N5H5异构体的结构与稳定性的理论研究

采用密度泛函理论的B3LYP方法在6-311++G**基组水平上对N5H5氮氢化合物异构体可能存在的构型进行了几何优化, 得到23种稳定异构体, 并研究了这些异构体间可能的互变异构情况. 为了讨论N5H5异构体作为含能材料候选物质的可能性, 还采用了G3B3方法计算了能量, 并且计算了异构体的生成热(⊿Hf,298).结果表明, 在23种异构体中链状异构体最稳定, 四元环四氮烷异构体最不稳定, 存在一个N=N双键的异构体较同类异构体能量低, 较为稳定; N5H5氮氢化合物的生成热均为正, 其中异构体E1生成热最高. 估算了N5H5的摩尔体积, 由密度公式ρ=MT/Vmol,得到E1 的密度最大.     

N8H8环状异构体的结构与稳定性的理论研究

采用密度泛函理论的B3LYP方法在6-311 G**基组水平上对N8H8氮氢环状化合物可能存在的构型进行了几何优化,得到74种稳定异构体,应朋A然键轨道理论NBO和分子中的原子理论AIM分析了这些化合物成键特征和相对稳定性,G3MP2方法汁算了各异构体的能量及生成热.研究结果表明:N原子孤对电子到相邻的氮氮键的超共轭作用是影响氮氮键长变化的丰要因素;N8H8环状异构体的稳定性顺序为:六元环>七元环>八元环,五元环>三元环>四元环,六元环是这些N8H8环状异构体中最稳定的,最不稳定的是四元环,G19是所有环状异构体中能量最低的:M3能量最高,稳定性最差,A7密度最大.     

C59H3N异构体的结构与稳定性的理论研究

分别用MNDO,AM1和PM3三种半经验方法对C59HN所有1-2,1-4和1-6氢加成物C59H3N的异构体进行几何构型全优化,结合频率分析及HF/6-31G单点能计算,确定了各异构体的基态结构及其相对稳定性,计算结果表明,C59HN氢加成物的立体选择性规律与C60和C60H2的不同,最稳定异构体不是1-2加成物,而是1-4加成的6,18-或12,15-异构体,次稳定异构体为1-2加成物,三种半经验方法计算得到的两者能量差为13～15kJ/mol,N原子取代碳笼骨架C原子后,改变了碳笼氢加成物的立体选择性规律.     

BrSSCl和SSBrCl相对稳定性的理论研究

采用量子化学中的密度泛函理论，在B3LYP／6-311 G(3df)水平上全优化得到了S2BrCl分子线型和分叉型2种异构体的平衡结构，同时对可能发生的分子内原子迁移过程的过渡态进行了考察。计算结果表明，从能量角度看，线型的BrSSCl为稳定构型。采用统计热力学及过渡态理论，研究了Z种平衡结构之间相互转化的热力学和动力学性质。根据计算结果，无论是Cl迁移还是Br迁移，分子内的原子迁移都需要较高的活化能，并且迁移速度较慢。     

叠氮化合物C6H6-n(N3)n(n=1~6)的密度泛函理论研究

运用密度泛函理论, 在B3LYP/6-31G*水平上, 对叠氮化合物C6H6-n(N3)n(n=1~6)进行理论计算, 并对所得到的几何结构进行了振动频率分析. 计算结果表明, 这些化合物是热力学稳定的. 基于自然键轨道理论, 分析了稳定结构的电荷分布及成键情况. 在不破坏苯环和叠氮基的原则下, 设计等键反应计算了这些化合物的生成热, 结果表明, 标题化合物的生成热都很高, 且随着叠氮基数目的增加而线性增大.     

原子簇Ni2Fe2P结构稳定性的理论研究

利用DFT(密度泛函理论)方法在B3LYP/Lan12dz水平下对原子簇模型Ni2Fe2P的二十余种可能构型分别在二、四重态下进行优化计算,分析比较了优化结果的能量、结合能、吉布斯自由能变化和过渡态.结果表明原子簇Ni2Fe2P十种异构体没有虚频,有可能稳定存在于非晶态合金中;其中以具有二重态的构型1的能量最低,结合能、吉布斯自由能变化及过渡态能垒最大,最为稳定;四重态中异构体1',2',3'和4'共存的可能性比较大.     

Nn(CH)4-nH4(n=0-4)的环状结构与性质的理论研究

由于高能量密度材料HEDM在现代科技工业中的重要意义[1-2],其合成研究及应用也成为21世纪初固体推进剂研制发展的热点.氮氢化合物(NnHm)不稳定,在自然界中存在较少,大多都以反应中间体或裂解产物形式存在,此类化合物在含能材料方面有重要作用,因此人们从上个世纪50年代就开始重视对氮氢化合物的理论和实验的研究[3].     

亚烷基卡宾及取代亚烷基卡宾与环氧乙烷反应的量子化学研究

用量子化学的密度泛函理论(DFT)在6-311G(d,p)水平上对亚烷基卡宾及取代亚烷基卡宾与环氧乙烷的氧转移反应机理进行了系统的研究. 用IRC对过渡态进行了确认. 并用组态混合模型讨论了反应势垒(ΔE^≠)与XYC＝C:的单-三态能量差ΔE_ST之间的关系, 结果表明, 取代基的电负性是控制反应的主要因素, 取代基的电负性越大, 取代基越多, π电子给予体越多, 单-三态能量差ΔE_ST就越小, 该反应的活化能就越小, 反应越容易发生. 同时还研究了该反应中环氧乙烷中C—O键的解离过程. 发现两个C—O键解离是一个不同步的协同过程.     

羰基硼化合物B2n(CO)n (n＝1～6)的理论研究

运用密度泛函理论(DFT)的B3LYP/6-31G*方法, 对羰基硼化合物B_2n(CO)_n (n＝1～6)各种可能的结构进行了优化,对它们的几何构型、电子态、振动频率、核独立化学位移(NICS)和B₂CO的分子轨道进行了理论研究, 得到了B_2n(CO)_n (n＝1～6)结构的稳定性信息. 在它们的基态结构中, 羰基的配位方式是端配位(μ₁-CO), B_2n(CO)_n (n＝1～5)的基态构型是线形或平面结构, B₁₂(CO)₆的基态构型则较为复杂. B_2n(CO)_n (n＝1～3)的基态是三重态, B_2n(CO)_n (n＝4～6)的基态是单重态. 振动频率和轨道的研究为实验提供了重要的理论依据.     

Theoretical Studies on the Molecular Structures and Thermodynamic Properties of Polychlorinated Fluoranthenes

DFT-B3LYP/6-311G** method has been used to optimize molecular geometric structures of 527 polychlorinated fluoranthene(PCFRT) congeners and calculate their thermo-dynamic properties in the ideal gas state,such as heat capacity at constant volume(Cv),entropy(S),standard enthalpy of formation(ΔfH) and standard Gibbs free energy of formation(ΔfG).The relations of Cv,S,ΔfH and ΔfG with the number and position of chlorine atoms have also been explored,from which the relative stability of PCFRT congeners was theoretically proposed according to the magnitude of the relative standard Gibbs free energy of formation(Δr,fG).It was found that some of the PCFRT isomers are in a nonplanar configuration and there are intramolecular Cl…Cl weak interactions in some of the isomers.With increasing the number of chlorine atoms,the values of ΔfH and ΔfG of the most stable PCFRT isomers decrease initially and then increase.The values of ΔfH and ΔfG of PCFRT congeners with the same number of chlorine atoms show a strong dependence on the positions of chlorine atoms.The relative thermodynamic stability of PCFRT isomers is determined mainly by intramolecular adjacent Cl…Cl nuclear repulsive interaction between Cl atoms at two different six-membered rings.Most PCFRT congeners are easier to form thermodynamically than their parent compound.     

Theoretical Studies on the Molecular Structures and Thermodynamic Properties of Polychlorinated Acenaphthylenes

Geometric structures of 135 polychlorinated acenaphthylene (PCAC) molecules were optimized using density functional theory (DFT) at the B3LYP/6-311G** level and some thermodynamic properties of them in the ideal gas state were calculated. The relations of these thermodynamic properties with the number and position of chlorine atoms were also explored, from which the relative stability of PCAC congeners was theoretically proposed according to the magnitude of the relative standard Gibbs free energy of formation (△r,fGθ). The results show that all PCAC isomers have planar geometric configuration. There exists intramolecular Cl···Cl weak interaction in some PCAC molecules. The change of △fHθ and fGθ of most stable PCAC isomers with increasing the number of chlorine atoms is different from that in the least stable PCAC congeners. The values of fHθ and fGθ for PCAC isomers with the same number of chlorine atoms show a strong dependence on the position of chlorine atoms and the relative stability of PCAC congeners has close relation with the intramolecular Cl···Cl nuclear repulsive interaction.     

多氯代菲分子结构和热力学性质的密度泛函理论研究

采用密度泛函理论方法在B3LYP/6-311G(d, p)水平上对527个多氯代菲分子的几何结构进行了全优化并计算得到它们的热力学性质(等容热容( )、熵(S$)、标准生成焓(ΔfH$)和标准生成Gibbs自由能(ΔfG$)), 研究了这些性质与取代的氯原子数目和位置的关系, 根据各异构体的相对标准生成Gibbs自由能(Δr,fG$)的大小, 得到它们的热力学稳定性顺序. 计算结果表明: 绝大多数多氯代菲分子具有非平面的几何构型, 在多氯代菲分子中存在三种类型的分子内弱相互作用(H…H、C—H…Cl和Cl…Cl相互作用), 随着分子中取代的氯原子数目的增加, 多氯代菲最稳定异构体的ΔfH$和ΔfG$开始时逐渐减小, 然后又快速增加. 具有相同数目氯原子的多氯代菲异构体的ΔfH$和ΔfG$与氯原子的取代位置有很大的关系. 多氯代菲异构体的相对热力学稳定性主要由分子内的离域π键和Cl…Cl核排斥作用的强弱决定.