Theoretical Study of the C-Cl Bond Dissociation Enthalpy and Electronic Structure of Substituted Chlorobenzene Compounds

利用密度泛函(DFT)三种交换/相关函数(B3LYP, B3PW91,B3P86)结合6-31G**和6-311G**基组,计算了13个取代氯苯化合物的键离解能. 结果表明B3P86/6-311G**方法是计算取代氯苯化合物键离解能的可信方法,研究发现C-Cl键的键离解能与所使用的基组和计算方法密切相关,取代基对C-Cl键的键离解能的影响不明显. 研究了目标化合物的前线轨道能级差,并对取代氯苯化合物的热稳定性做了评估.     

三硝基甲烷键离解能和生成焓的理论计算

采用密度泛函(DFT)四种交换/相关函数(B3LYP、B3P86、B3PW91和PBE0)结合不同的基函数,求得了三硝基甲烷C-NO2键的离解能(BDE),并且通过合理选择参考物硝基甲烷,设计等键等电子对反应,计算了气相三硝基甲烷分子的生成焓(HOF).与实验数据进行比较,PBE0/6-31g*计算出的BDE值最好,误差为-2.1 kcal mol-1;PBE0密度泛函结合带极化函数的6-31g基组得到的HOF值与实验值吻合的最好(误差在0.1 kcal mol-1以内).     

多硝基苯酸酯炸药分子键离解能与撞击感度关系研究

用密度泛函方法,在B3LYP-6-31G*、B3P86/6-31G*和B3LYP-6-311G*三种理论水平对四个含硝基烷基的苯酸酯炸药分子进行了几何结构全优化、能量和频率计算。并对这些炸药分子苯环上的C-NO2和烷基上的C-NO2键离解能分别进行了三种理论水平的计算。结果表明,这类分子中的最弱键是烷基上的C-NO2键。进一步分析实验撞击感度与分子中最弱键离解能量的关系,结果表明,分子最弱键离解能与分子总能量的比值BDE/E和实验撞击感度h50%之间存在一个几乎线性的关联关系。BDE/E是表征炸药撞击感度的一个实用的合理指针。     

硝化纤维素生成焓、键离解能及爆轰性能的理论研究

运用密度泛函理论方法结合等键反应,研究了硝化纤维素(NC)单体的生成热及其不同位置上氧硝基键(ONO2)的键离解能,基于半经验的Kamlet-Jacobs方程估算了其爆速与爆压。结果表明:B3LYP和B3P86两种方法得到的计算结果较为接近,生成热均为负值,其大小与氧硝基的数目有关,与氧硝基的取代位置无关。理论计算得到的氧硝基键的键离解能与含氮量无关,而是与实际断裂的氧硝基键的数目相关。爆速和爆压的计算表明,NC单体中所含氧硝基的数量增多,会降低其爆速和爆压。     

含硝基烷基的一些CHNO多硝基化合物的C-NO2键离解能计算——应用于撞击感度

用密度泛函方法,在B3LYP/6-31G*水平对五个含硝基烷基的硝基芳香族炸药分子和四个含硝基烷基的苯酸酯炸药分子进行了几何结构全优化、能量和频率计算.并分别对这两类炸药分子苯环上的C-NO2和烷基上的C-NO2键离解能进行了同等水平的计算.结果表明,这两类分子中的最弱键均是烷基上的C-NO2键.进一步分析实验撞击感度与分子中最弱键离解能量的关系.结果表明,最弱键离解能BDE是表征炸药撞击感度的重要指针,但不是唯一指针.除了BDE,炸药的撞击感度可能还受其它因素或反应途径的影响.     

用扩散蒙特卡罗方法研究BH2, B(OH)2, BCl2和BCl的键离解能

采用扩散蒙特卡罗(DMC)方法计算了BH₂, B(OH)₂, BCl₂和BCl的HB-H和HOB-OH的键离解能, 同时也研究了轨道选择和Backflow变换对DMC计算结果的影响． 在Slater-Jastrow DMC(SJ-DMC)计算方法中,当采用B3PW91轨道时得到的HB-H和HOB-OH键离解能分别是359.1±0.12和98.2±0.12 kJ/mol;用B3LYP SJ-DMC计算键离解能得到了与用B3PW91 SJ-DMC方法类似的结果．通过BF-DMC(即在DMC中引入backflow修正)计算得到的HB?H键离解能为369.6±0.12 kJ/mol,也得到了更加接近实验值的HOB-OH键离解能为446.0±1.84 kJ/mol．由DMC的计算结果可以断定HB?H的键离解能的实验值为375.8 kJ/mol．另外还给出了BCl2和BCl的键离解能的计算结果.     

双(2,2-二硝基丙基)甲缩醛的结构和爆轰性能的量子化学研究

利用B3LYP/6-311+G(2d,p)方法对一种新型含能增塑剂双(2,2-二硝基丙基)甲缩醛进行几何优化,计算了其红外光谱、生成焓和爆轰特性. 分析了最弱键的键离解能和键级并预测了目标化合物的热稳定性. 结果表明双(2,2-二硝基丙基)甲缩醛中的四个N-NO₂键的键离解能都为164.38 kJ/mol. 表明目标化合物是一个热力学性能稳定的化合物. 以凝聚相生成焓和分子密度为基础,采用Kamlet-Jacobs方法预测其爆速和爆压. 目标化合物的晶体结构属于P21空间群.     

氢键和分子-离子相互作用对奥克托今(HMX)引发键影响的理论研究

为了寻找能够降低炸药感度的方法,借助B3LYP和MP2(full)理论,在B3LYP/6-311+ +G(2df,2p)、B3LYP/aug-cc-pVTZ和MP2(full)/6-311++G(2df,2p)三种水平下,分别研究了与HMX形成的12种复合物（六种氢键复合物和六种分子-离子复合物）,并对引发键N-NO2键长和强度的变化及硝基电荷的变化等进行了详细的考量,最后借助分子中原子(AIM)理论揭示了结构和能量变化的本质.结果表明,在形成复合物后,引发键键长变短,离解能增大,硝基电荷增多,引发键增强,感度降低,同时引发键离解能的变化(ΔBDEs)与这两种相互作用能呈良好的线性关系(R2=0.9984).     

氢键和分子-离子相互作用对奥克托今(HMX)引发键影响的理论研究

为了寻找能够降低炸药感度的方法,借助B3LYP和MP2(full)理论,在B3LYP/6-311++G(2df,2p)、B3LYP/aug-cc-p VTZ和MP2(full)/6-311++G(2df,2p)三种水平下,分别研究了与HMX形成的12种复合物(六种氢键复合物和六种分子-离子复合物),并对引发键N-NO2键长和强度的变化及硝基电荷的变化等进行了详细的考量,最后借助分子中原子(AIM)理论揭示了结构和能量变化的本质.结果表明,在形成复合物后,引发键键长变短,离解能增大,硝基电荷增多,引发键增强,感度降低,同时引发键离解能的变化(ΔBDEs)与这两种相互作用能呈良好的线性关系(R2=0.9984).     

C-H,C-N,C-O,N-N的键离解能和键长的计算

用B3LYP/6-311G**和CCSD/cc-pVDZ方法对CH4、CH3、CN、CO、N2、CH3NH2、CH3NO2、NH2NO2八个分子中的C-H、C-N、C-O、N-N键离解能进行计算,通过比较研究可知,计算CH3、CH3NH2、CH3NO2分子中的C-H键离解能和CN、CO、N2分子的键离解能用B3LYP/6-311G**方法可靠,而计算CH3-H、CH3-NH2、CH3-NO2和NH2-NO2分子的键离解能用CCSD/cc-pVDZ方法更可信;用以上二种方法对本文的八个分子的平衡几何结构进行优化求出所需的键长,通过比较可知,CH4、CH3、CN、CO、N2分子用B3LYP/6-311G**的方法进行平衡几何优化求得的键长更可靠,而CH3NO2、NH2NO2、CH3NH2分子则用CCSD/cc-pVDZ方法优化出的键长是更可信.     

Geometrical structures,vibrational frequencies,force constants and dissociation energies of isotopic water molecules （H2O,HDO, D2O,HTO, DTO,and T2O） under dipole electric field

The dissociation limits of isotopic water molecules are derived for the ground state. The equilibrium geometries, the vibrational frequencies, the force constants and the dissociation energies for the ground states of all isotopic water molecules under the dipole electric fields from -0.05 a.u. to 0.05 a.u. are calculated using B3P86/6-311++G(3df,3pf). The results show that when the dipole electric fields change from -0.05 a.u. to 0.05 a.u., the bond length of H-O increases whereas the bond angle of H-O-H decreases because of the charge transfer induced by the applied dipole electric field. The vibrational frequencies and the force constants of isotopic water molecules change under the influence of the strong external torque. The dissociation energies increase when the dipole electric fields change from -0.05 a.u. to 0.05 a.u. and the increased dissociation energies are in the order of H2O, HDO, HTO, D2O, DTO, and T2O under the same external electric fields.     

外电场作用下C6H6的分子结构及其特性

采用 B3P86方法计算了C6H6在外电场作用下分子系统的能量及分子轨道能级、谐振频率、CH键离解能和极化率等分子特性;通过跃迁矩阵元计算了各激发态的激发能,吸收及自发辐射系数,从而进一步分析了苯分子的外场效应.对于高分子化合物尤其是具有苯环结构的有机高分子化合物的外场作用特性的研究具有参考价值.     

Quantum chemical calculations of bond dissociation energies for COOH scission and electronic structure in some acids

Quantum chemical calculations are performed to investigate the equilibrium C-COOH bond distances and the bond dissociation energies(BDEs) for 15 acids.These compounds are studied by utilizing the hybrid density functional theory(DFT)(B3LYP,B3PW91,B3P86,PBE1PBE) and the complete basis set(CBS-Q) method in conjunction with the 6311G** basis as DFT methods have been found to have low basis sets sensitivity for small and medium molecules in our previous work.Comparisons between the computational results and the experimental values reveal that CBS-Q method,which can produce reasonable BDEs for some systems in our previous work,seems unable to predict accurate BDEs here.However,the B3P86 calculated results accord very well with the experimental values,within an average absolute error of 2.3 kcal/mol.Thus,B3P86 method is suitable for computing the reliable BDEs of C-COOH bond for carboxylic acid compounds.In addition,the energy gaps between the highest occupied molecular orbital(HOMO) and the lowest unoccupied molecular orbital(LUMO) of studied compounds are estimated,based on which the relative thermal stabilities of the studied acids are also discussed.     

硝酸酯热分解的机理分析

使用加速量热仪研究硝酸正丙酯（NPN）、硝酸异丙酯（IPN）和硝酸异辛酯（EHN）的热分解过程。分析了在绝热条件下热分解反应动力学, 根据实验数据计算出表观活化能、指前因子和反应热等参数。根据NPN、IPN和EHN热分解的起始温度和反应热数据,给出了三种硝酸酯在75℃时的反应风险指数,分析得到三种物质的热失稳风险度。分别在B3LYP/6-31+G(2df,2p)和B3P86/6-31+G(2df,2p)的理论水平下,计算得到NPN、IPN和EHN的O-NO2键离解能(BDE)。由NPN、IPN和EHN的O-NO2键离解能在很大程度上符合由加速量热仪测试得到的活化能,推知三种硝酸酯的热分解反应只是单分子O-NO2键的均裂反应。     

聚对苯二甲酸丁二醇酯二聚体键离能的理论研究

采用密度泛函理论方法对聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)二聚体的键离能进行了计算.为了选取较为精确的方法来计算PBT各个键的键离能,以与PBT具有相同的酯基官能团的乙酸乙酯为模型参照物.采用M062X, B3P86, M06, PBE0, wB97xD方法分别在基组6-31G(d), 6-311G(d), 6-311+G(d, p), 6-311++G(d, p), cc-pVDZ, cc-pVTZ水平下对乙酸乙酯的键离能进行计算.通过对比计算结果与iBonD数据库的乙酸乙酯实验测定值可知,M062X在基组6-311G(d)水平下计算结果与实验值最为接近.因此,本研究采用M062X方法在基组6-311G(d)水平下对聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)二聚体的键离能进行计算.计算结果表明：在PBT的各键中C-C_arcmatic键的键离能最大,主链上的C-C键离能最小,为370.9 kJ/mol.其次就是C-O键,为404.6 kJ/mol.基于PBT键离能的计算结果,设计了3条PBT二聚体热降解过程可能形成的反应路径,分析了热解产物的形成机理.结果表明PBT二聚体热解过程可...     

黑索金的电子结构和热解机理的从头算研究

利用从头算梯度修正密度泛函理论,我们在B3LYP/6-31G(d,p)水平上,计算了高能炸药黑索金(RDX)及其热解中间产物C3H6N5O4和NO2等的电子结构、能量、键级和一些热力学性质,并在此基础上,计算了键离解能和反应速率常数.此外,我们还分别从键级和键离解能角度,讨论了RDX的热解机理,所得结果与实验一致.     

On the thermochemical stability of the sextet CO2 anion: results from density functional theory

A variety of density functional theory (DFT) methods were used to characterize the stability of stationary points along the CO^? ₂ (⁶A₁ state) potential energy surface. Large differences were found between the previously reported ROHF/CCSD structures of this molecule and those generated by DFT. The SVWN, B1LYP, B3LYP, B3P86, B3PW91, methods were coupled to a very large 6–311++G (3df, 3pd) basis set, to evaluate the vibrational frequencies, electron affinities and the lowest dissociation pathways for the two isomers of the anionic and neutral parent species. In addition to these pure and hybrid methods both the CBS-QB3 (uses the B3LYP/CBSB7 method for the geometrical optimization) and G3B3 (uses the B3LYP/6-31G(d) method for the geometrical optimization) methods were used to further evaluate the dissociation energies of the sextet anionic CO₂.     

外电场对BeH分子结构和势能函数的影响

采用密度泛函B3P86方法,结合Dunning的相关一致五重基cc-PV5Z,设置不同的外电场参量进行优化计算,获得了不同外电场下Be H分子的键长、偶极矩、振动频率和红外光谱等物理性质参数.通过分析参数随外电场的变化关系,判断离解电场所处的范围,设置合适的外电场参数,采用单双取代耦合团簇CCSD(T)方法,扫描计算该范围的单点能获得其势能曲线.结果分析表明物理性质参数和势能随外电场的变化而变化,且外加反向电场时变化幅度更大.采用偶极近似构建外电场下的势能函数模型,编制程序拟合对应的势能函数,得出拟合参数,进而计算临界离解电场参量,结果与数值计算和理论分析较为一致,说明构建的模型是合理和可靠的.这为分析外场下分子光谱、动力学特性和分子Stark效应冷却囚禁提供重要的理论和实验参考.     

外电场对BeH分子结构和势能函数的影响

采用密度泛函B3P86方法, 结合Dunning的相关一致五重基,设置不同的外电场参量进行优化计算,获得了不同外电场下BeH分子的键长、偶极矩、振动频率和红外光谱等物理性质参数. 通过分析参数随外电场的变化关系,判断离解电场所处的范围,设置合适的外电场参数,采用单双取代耦合团簇方法,扫描计算该范围的单点能获得其势能曲线. 结果分析表明物理性质参数和势能随外电场的变化而变化,且外加反向电场时变化幅度更大.采用偶极近似构建外电场下的势能函数模型,编制程序拟合对应的势能函数,得出拟合参数,进而计算临界离解电场参量,结果与数值计算和理论分析较为一致,说明构建的模型是合理和可靠的.这为分析外场下分子光谱、动力学特性和分子Stark效应冷却囚禁提供重要的理论和实验参考.