双(3,4,5-取代吡唑基)甲烷衍生物高能量密度材料的分子设计（英文）

设计了一系列双(3,4,5-取代吡唑基)甲烷衍生物作为高能量密度材料的候选物.用密度泛函理论研究了它们的生成热、电子结构、能量特性和热稳定性.二氟氨基能增加目标化合物的电子结构、密度和爆轰性能的能隙.其中二[3,5-双(二氟氨基)-4-硝基吡唑]甲烷(C2)显示了优异的潜在高能量密度材料的性能,其晶体密度(2.11g/cm3)、冲击感度(h50,6.8 J)均高于六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20),而爆速(9.80 km/s)和爆压(46.62 GPa)与CL-20非常接近.     

含能化合物3,3'-双(氟二硝甲基-ONN-氧化偶氮基)氧化偶氮呋咱合成与表征

以二氨基氧化偶氮呋咱(DAOAF)和2,2-二甲基-5-硝基-5-亚硝基-1,3-二氧环己烷(DMNNDO)为原料,通过氧化偶联、水解、溴化、还原、硝化、成盐、氟化等7步反应,合成了含能化合物3,3'-双(氟二硝甲基-ONN-氧化偶氮基)氧化偶氮呋咱(FDNAF),并采用IR、~1H NMR、~(13)C NMR、~(15)N NMR、~(19)F NMR和元素分析等手段对中间体及目标化合物进行了结构表征.改进了水解反应条件,采用HCl/CH_3CH_2OH代替AcCl/CH_3OH水解体系,反应时间由18 h缩短为2 h,粗品纯度提高至93%.研究了溴化反应的最佳条件,在20℃反应30 min获得溴化产物,收率最高为51.5%.基于量子化学密度泛函理的B3LYP方法,对FDNAF的~(13)C NMR,~(15)N NMR的化学位移和IR吸收频率进行理论研究,实验结果和理论结果具有较好的一致性.开展了单硝基甲基-ONN-氧化偶氮化合物(BNMAF)、二硝基甲基-ONN-氧化偶氮化合物(BDNAF)和氟二硝甲基-ONN-氧化偶氮化合物(FDNAF)三种含能化合物的物化、爆轰性能和热性能研究,含能化合物FDNAF理论密度2.02 g·cm~(-3)、热分解峰温233.4℃、氧平衡6.72%、爆速9735 m·s~(-1)、爆压44.9 GPa、特性落高36 cm,表明FDNAF是一种性能突出的高能量密度含能化合物.     

2-氰基-3-取代胺基-3-[2-(4-氟苯基)-乙胺基]丙烯酸乙酯类化合物的合成及生物活性研究

以氰基乙酸乙酯为原料,经与二硫化碳、硫酸二甲酯反应合成了2-氰基-3,3-二甲硫基丙烯酸乙酯(1),然后引入对氟苯乙胺得到化合物(3),其与脂肪胺反应合成了新型含对氟苯乙氨基的2-氰基丙烯酸乙酯类化合物5a～5h,其结构经元素分析,IR1H NMR和13C NMR等确证.初步生物活性试验表明,部分化合物具有一定抗烟草花叶病毒活性.     

1,2,3-三氨基胍二硝基胍盐的合成与量子化学研究

以1,2,3-三氨基胍盐酸盐和二硝基胍为原料,制备了一种新型含能离子盐1,2,3-三氨基胍二硝基胍盐,并对其结构进行了表征. 运用密度泛函理论（DFT）方法,在B3LYP/6-31+G^**水平下计算得到了该盐的几何结构、自然原子电荷分布、前线轨道能量及红外光谱,同时计算了热容、焓及熵等热力学参数,并分析了这些参数和温度之间的函数关系;利用Born-Haber循环求得该化合物的生成热为150.54 kJ/mol;利用Monte-Carlo方法预测了该化合物的理论密度为1.56 g/cm³;基于以上数据进一步计算得到该化合物的爆速为7.81 km/s,爆压为24.74 GPa.     

3,7-二硝亚胺基-2,4,6,8-四硝基-2,4,6,8-四氮杂双环[3.3.0]辛烷结构与性能的量子化学研究

设计了一种新型高能量密度化合物--3,7-二硝亚胺基-2,4,6,8-四硝基-2,4,6,8-四氮杂双环[3.3.0]辛烷, 应用密度泛函理论(DFT)的B3LYP 方法在6-31G(d,p)基组水平上对该化合物进行了结构全优化, 并计算得到其红外(IR)光谱; 通过键级分析获得热解引发键的位置为N7-N22, 同时求得校正后的键离解能为91.47 kJ/mol. 采用Monte-Carlo方法预测该化合物的理论密度为2.16 g/cm³; 基于理论密度并结合等键反应及Kamlet-Jacobs公式预测了生成焓、爆速、爆压和爆热值分别为1219.94 kJ/mol, 10.43 km/s, 53.44 GPa和7407.84 J/g. 以上性能参数显示, 该目标化合物达到了高能量密度化合物的基本要求, 是一种潜在的含能材料. 同时给出了该化合物的逆合成路线.     

二萘嵌苯二酰亚胺衍生物的半导体性质

应用密度泛函理论研究了四种二萘嵌苯二酰亚胺(PDI)(N,N'-二萘嵌苯-3,4,9,10-四羧酸二酰亚胺(1), N,N'-二(3-氯苯甲基)二萘嵌苯-3,4,9,10-四羧酸二酰亚胺(2), N,N'-二(3-氟苯甲基)二萘嵌苯-3,4,9,10-四羧酸二酰亚胺(3)和N,N'-二(3,3-二氟苯甲基)二萘嵌苯-3,4,9,10-四羧酸二酰亚胺(4))半导体材料的最高占据轨道和最低未占据轨道能量、离子化能和电子亲和能以及在电荷传导过程中的重组能. 与化合物2-4的最高占据轨道和最低未占据轨道能量变化相同, 在PDI分子外围引入氯苯甲基或氟苯甲基后导致化合物2-4的绝热电子亲和能有不同程度的增加. 应用Marcus电子传导理论, 计算了这四种半导体材料应用于有机场效应晶体管在电子传递过程中的电子耦合和迁移率. 计算结果表明:这四种化合物相对于金属金电极而言具有较小的电子注入势垒, 是优良的n型半导体材料. 计算的这四种半导体材料的电子传输迁移率分别为5.39, 0.59, 0.023和0.17 cm2·V-1·s-1. 通过研究化合物分子在还原过程中几何结构变化和在化合物3晶体中不同类型的电子传递路径, 合理地解释了化合物1-4在有机场效应晶体管电荷迁移过程中具有较高的电子迁移率.     

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.     

N—F键调控的高能量密度化合物合成与性能研究进展

与传统N—O含能材料相比, N—F键调控的含能化合物因具有密度大、比冲高、与高热值金属燃烧放热量大等独特优势而受到各国研究人员的广泛关注.依据结构特点,N—F键含能化合物涵盖氟氮唑类含能化合物、二氟氨基二硝甲基化合物、偕二氟氨基化合物以及二氟氨基聚合物等4类含能化合物.综述了N—F键调控的含能化合物研究进展,重点探讨了N—F单键和二氟氨基引入策略以及其相关含能衍生物的合成技术途径,评述了典型氟氮含能化合物物化与爆轰性能.发展高效、安全、便捷的N—F键和二氟氨基合成方法,开发结构稳定、感度适中的新型N-氟唑类含能化合物、偕二氟氨基硝胺环状等高能量密度化合物将是含能材料领域重要的发展方向之一.     

镉与羧酸及二咪唑化合物的合成及表征

以镉离子,间苯二酸阴离子(m-bdc)和1,5-二(1-咪唑基)戊烷(biim-5),合成了一种新型化合物[Cd(m-bdc)(biim-5)]*H2O(1),该化合物为二维层状结构.还研究了该化合物的荧光性质和热稳定性(TGA).     

1,5-二芳基-3-(2-羟基-4,6-二甲氧基苯基)-2-吡唑啉的合成及氟离子荧光探针行为

设计合成了8个1,5-二芳基-3-(2-羟基-4,6-二甲氧基苯基)-2-吡唑啉化合物4a~4h. 它们的结构经由IR、1H NMR、MS和元素分析确认. 测定了它们的紫外光谱和荧光光谱, 研究了它们对氟离子的选择性识别作用, 发现化合物4a,4c和4d均可选择性地识别氟离子, 其中4a和4c作为识别氟离子的荧光探针, 受常见离子干扰较小, 选择性较高.     

重新唤起人们兴趣的二氟氨基及其化合物

二氟氨基是提高含能化合物能量密度的最为理想的基团之一。在经过多年的沉寂之后, 近来二氟氨基及其化合物的研究又重新活跃起来。在积极寻求机械感度低、热稳定性好的二氟氨基化合物方面已获得重大进展。目前该领域的研究工作主要集中在二氟氨基取代环氧丁烷聚合物合成, 新戊基二氟氨基硝酸酯增塑剂制备, 以及环N₂硝胺基偕二氟氨基氧化剂的分子设计与合成上。     

3,6-二(3-苯基-1,3-丙二酮基)-9-乙基咔唑的合成、光谱性质与量子化学研究

咔唑分子经SN1烷基化、Friedle-crafts双乙酰化和Claisen缩合3步反应,合成了一种新颖的双β-二酮化合物9-乙基-3,6-二(3-苯基-1,3-丙二酮基)咔唑,对其结构进行了元素分析、IR、1H NMR和MS表征.研究了中间体和目标化合物的吸收光谱性质,采用密度泛函理论在B3LYP/6-31G*水平上对目标化合物基态结构进行优化,运用含时密度泛函理论在相同水平上计算了吸收光谱数据,从微观上分析了化合物的电子跃迁行为.     

4,5-二氧-2-硫-1,3,2,4-二氮二磷杂环戊烷的合成和结构

本文通过氨基甲酰基膦酰胺酯与4-(取代)苯基二氯化膦缩含,然后硫化的方法制备了一类新型的双磷杂环化合物——4,5-二氧-2-硫-1,3,2,4-二氮二磷杂环戊烷。利用HPLC分离出了顺式和反式异构体,并分别测定了其晶体结构。通过~1HNMR和~(31)P NMR谱研究了化合物的立体结构,顺式和反式异构体有不同的化学位移和偶合常数。生物测定初步结果表明,这些化合物都有一定的除草活性,其中个别化合物有较高的除草活性。     

3-氨基-4-硝基呋咱和3,3’-二硝基-4,4’-偶氮呋咱的合成研究

3-氨基-4-硝基呋咱(ANF)及其衍生物是一类重要的含能材料. ANF的制备首先以乙二醛、盐酸羟胺和氢氧化钠为原料, 经过两步反应制得3,4-二氨基呋咱(DAF), 采用新的氧化体系过氧化氢/甲烷磺酸/钨酸钠混合物(H2O2/CH3SO3H/ Na2WO4)代替原氧化体系过氧化氢/硫酸/过硫酸铵混合物[H2O2/H2SO4/(NH4)2S2O8]氧化DAF以67%的产率获得了ANF. 然后在单电子氧化体系高锰酸钾/盐酸混合物作用下ANF发生氧化反应以54.7%的产率得到3,3’-二硝基- 4,4’-偶氮呋咱(DNAzF). 研究表明过氧化氢/甲烷磺酸/钨酸钠混合物是制备氨基硝基单/多呋咱非常有效的氧化体系.     

(4,4-二1,3,5-三硝基-1,3,5-三氮环-2-)氨基)-[3,3’:4”,3”-三(1’,2’,5’-二唑)]2-氧化物(DRDXBAFF)性能的理论研究（英文）

采用密度泛函(DFT)的理论方法研究一个新物质(4,4-二1,3,5-三硝基-1,3,5-三氮环-2-)氨基)-[3,3’:4",3"-三(1’,2’,5’-二唑)]2-氧化物(DRDXBAFF),基于B3LYP/6-311++G**基组得到其优化结构并计算出最高被占轨道HOMO与最低空轨道LUMO的能隙差。同时研究该物质在200K-800K之间热力学函数C_(p,m)~θ,S_m~θ,H_m~θ,G_m~θ与温度的关系并且得到相应的热力学方程。通过等键反应的方法计算了该物质的生成热,并且通过Kamlet-Jacobs方程计算了该物质的爆速和爆压。结果表明:在氧化呋咱环上靠着配位氧的N-O键更容易断裂,且DRDXBAFF的密度、生成热和爆轰性能均优于BAFF,其性能和RDX相当,敏感度低于RDX,DRDXBAFF是一种拥有高性能低敏感度的新型的含能材料,这为我们对此物质的进一步研究提供了理论指导。     

1,3,4,5,7,8-六硝基八氢化二咪唑[4,5-b∶4',5'-e]吡嗪-2,6-(1H,3H)-N,N'-二亚硝胺分子结构与性能的量子化学研究

设计了一种新型高能量密度化合物1,3,4,5,7,8-六硝基八氢化二咪唑[4,5-b∶4',5'-e]吡嗪-2,6-(1H,3H)-N,N'-二亚硝胺(ONIP).运用密度泛函理论(DFT),在B3PW91/6-31G++(d,p)水平下进行优化并计算出了ONIP的一些重要性质.通过键级的分析,母环的五元环侧链处N—NO2键为分解引发键,其解离能为107.8 kJ/mol;该化合物理论密度为2.00 g/cm3,生成热为1693.71 kJ/mol,爆速为10.21 km/s,爆压为49.17 GPa,表明爆轰性能优异;其撞击感度为33 cm,优于黑索金(RDX)、奥克托金(HMX)和六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20);能级差为3.67 eV,表明分子稳定性较高.给出了2条合成路线,均具有步骤少且原料易得的优点.     

1,3-偶极环加成合成新型含2-苯基-1,2,3-三唑基-1,5-苯并硫氮杂(艹/卓)噁二唑并合衍生物

α,β-不饱和酮(1a～1e)与邻氨基苯硫酚反应, 得到含2-苯基-1,2,3-三唑基1,5-苯并硫氮杂(艹/卓)(2a～2e), 然后以此化合物为原料同1,3-偶极子氧化腈"现场"发生1,3-偶极环加成, 合成出一系列含2-苯基-1,2,3-三唑基的1,2,4-(口恶)二唑并合的1,5-苯并硫氮杂衍生物(3a～3j). 产物经元素分析、 IR、 1H NMR及MS加以确证.     

高能量密度材料3,3′-偶氮-1,2,4,5-四嗪衍生物的分子设计

运用密度泛函理论(DFT)方法,计算系列3,3′-偶氮-1,2,4,5-四嗪衍生物的生成热.结果显示:—N3取代基在增加3,3′-偶氮-1,2,4,5-四嗪衍生物的生成热方面起了非常重要的作用.通过分析标题化合物的最弱键离解能发现:—NH2或—N3取代基非常有利于增加衍生物的热稳定性.计算的爆速(D)和爆压(p)数值表明:—NO2或—NF2取代基有利于提高3,3′-偶氮-1,2,4,5-四嗪衍生物的爆轰性能.综合爆轰性能和热稳定性的计算结果,3种3,3′-偶氮-1,2,4,5-四嗪衍生物可以作为潜在的品优高能量密度材料(HEDM)候选物.     

新型高能量密度化合物3,6-双(3,5-二硝基-1,2,4-三唑-1)-1,2,4,5-四嗪-1,4-二氧化物的性能预估及合成路线设计

采用C++自编译程序及组合原理,设计并筛选出一种未见报道的新型富氮类高能量密度化合物-3,6-双(3,5.二硝基.1,2,4-三唑.1)-1,2,4,5-四嗪-1,4-二氧化物,用B3LYP法,在6-31G**基组水平上得到该化合物全优化构型;在振动分析的基础上求得体系的振动频率、IR谱;通过键级分析得到热解引发键的键离解能(BDE);采用Monte-Carlo 方法预估了密度;设计等键等电子反应计算了生成焓;运用Kamlet-Jacobs公式预测爆速、爆压和爆热;运用Keshavarz 等推导的预估撞击感度H50的公式预测了撞击感度性能;并利用逆合成分析法设计其合成路线.结果表明:该化合物存在8个强吸收峰,校正后的热解引发键的BDE为264KJ·mol-1,稳定性较优;密度1.955 g·cm-3、生成焓901.72 kJ·mol-1、爆速9191.48 m·s-1、爆压39.32 GPa、爆热6705.15 j·g-1;撞击感度H50为55.85cm,低于黑索金(RDX)和奥克托今(HMx);以上性能均达到了高能量密度化合物的标准,且该化合物设计合成路线步骤较少、原料易得,有望得到广泛应用.     

4-(1,2-二苯基)乙烯基-4’-(N,N-二苯基-4-乙烯基苯胺基)联苯及其二氟取代衍生物的电子结构与光谱性质

分别采用B3LYP/6-31G(d)和CIS/6-31G(d)方法对4-(1,2-二苯基)乙烯基-4’-(N,N-二苯基-4-乙烯基苯胺基)联苯(A)及其二氟取代衍生物(B-F)的基态(S0)和单重激发态(S1)的几何构型进行了全优化, 计算获得了电离势IP、电子亲和势EA等相关数据, 并采用含时密度泛函(TD-DFT)方法计算了上述化合物的电子吸收和荧光发射光谱. 研究结果表明, 化合物A及二氟取代衍生物B-F在469-474 nm蓝光区域主发射峰的强度远远大于372-387 nm范围的次发射峰, 说明此类化合物具有纯度较高的发射光谱; 主链苯环上的二氟取代(B, C和D)使最低空轨道(LUMO)能级明显降低, 有利于提高电子注入; 芳胺基苯环上的二氟取代(D和E)使分子最高占据轨道(HOMO)能级明显降低, 电离势增加, 能隙变大, 有利于抑制空穴越过发光层向电子传输层输运, 减少界面处激基复合物的形成, 同时起到光谱蓝移的效果; 既是主链苯环上也是芳胺基苯环上的二氟取代衍生物D更有利于平衡电子-空穴的注入, 应该具有更加优良的发光性质.