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.     

N8H8链状异构体结构与稳定性的理论研究

采用密度泛函理论(DFT), 在B3LYP/6-311＋＋G(d,p)基组上计算得到了21种N₈H₈链状异构体, 并研究了这些异构体间可能的互变异构情况. 为了得到更为精确的能量信息, 计算了QCISD(T)/6-311G(d,p)基组水平上各物质的能量. 所得的21种异构体分为4类(4种类型链状化合物): A为直链, B有一个支链, C有2个支链, D有3个支链; D类只有一种, A类稳定构型2种, B类稳定构型12种, C类稳定构型6种; 相对稳定的分别为: B2-1构型, B2-3构型和C23-2构型. 我们研究发现N₈H₈链状异构体中含有明显N＝N双键特征有利于化合物稳定性的提高.     

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.     

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。     

高能密度材料H2N5MN5H2 (M=Be,Mg,Ca,Zn,和Cd)的密度泛函理论研究

借助密度泛函理论,用B3LYP和BP86方法,对一系列潜在的新型高能密度材料分子H2N5MN5H2(M=Be,Mg,Ca,Zn,和Cd)进行了理论预测研究.结果表明,这些材料分子都非常稳定,不容易分解,其中H2N5BeN5H2最稳定.金属离子的配位作用对化合物的稳定起了重要作用.配体H2N5也因从金属M获得一个电子变成H2N5-离子而变得更稳定.     

多硝基金刚烷生成热和稳定性的理论研究

在密度泛函理论（DFT）B3LYP/6-31G水平下，通过不破裂金刚烷分子骨架（即 选择金刚作为参考物）的等键反应设计，比较精确地计算了系列多硝基金金刚烷的 生成热。经验性基团加和法和半经验MO法（AM1，PM3，MNDO，MNDO/3）均不适用于 标题生成熟的估算。4种半经验MO方法中，以MP3计算结果略好些。探讨了生成热和 分子结构的关系，发现桥头C上硝基使生成热减小，而偕二硝基使生成热增大。运 用生成热、前沿轨道能级差和C-NO_2键级等计算结果，阐明了标题的相对稳定性， 为新一代高能量密度材料（HEDM）的分子设计提供了基础数据和规律性。     

N_n(CH)_(4-n)H_4(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].     

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.     

Theoretical study on the structures and stabilities of the isomers of N6H6

Forty-eight possible isomers of N₆H₆ have been investigated at the B3LYP/6-311++G^** and G3B3 levels. The results show that heats of formation of all isomers are positive and A2-3 is the lowest and C2 is the highest. In addition, the energies and the heats of formation of the ring-shaped isomers are higher than those of the chain-shaped isomers. Among the ring-shaped isomers, the four-membered ring isomers have the highest heat of formation and the five-membered ring isomers have the lowest. For six-membered ring isomers, only the chair-shaped isomers are stable. Among all those chain-shaped isomers, the ones which have N–N bond and its length is in the range of NN double bond can improve the stability of the compounds.     

Theoretical study on the structures and properties of the isomers of Nn(CH)8−nH8 (n = 0–7)

With replacement of N atoms by CH groups in the most stable chain isomer of N8H8, 34 possible isomers of N_n(CH)_8−nH₈ (n = 0–7) have been designed and optimized at the B3LYP/6-311++G** level of theory. The natural bond orbital (NBO) and atoms in molecules (AIM) analysis are carried out to study the bonding nature and relative stabilities of these conformers. G3MP2 method is applied to calculate energies and heats of formation. The results indicate that the hyperconjugation effect from lone pairs of nitrogen atoms to germinal C–N bonds is the major factor which caused the change of the C–N bond length. With the more replacement of nitrogen atoms by CH groups, the heats of formation of the isomers of N_n(CH)_8−nH₈ (n = 0–7) decrease gradually, but the energies increase linearly.     

Theoretical predictive study on N7H7 hydronitrogen compounds

Geometric structures and energy properties of 25 isomers of N₇H₇ hydronitrogen compounds have been studied at the B3LYP/6-311++G(d,p) level. Atoms in molecules (AIM) and nature bond orbital (NBO) theories are applied to analyze the bond nature and the origin of structure and energy variations. The result indicates that the hyperconjugation from the lone pair of nitrogen to the neighboring NN bond plays an important role in the NN bond length variation and the relative stability of the 25 isomers can be attributed to the steric and hyperconjugative effects. G3MP2 calculations show that the heats of formation (HOFs) of all the isomers, especially those of the cyclic isomers, are positive and large, suggesting their potential to be energy molecules. Furthermore, the HOFs of the cyclic isomers decrease with increase of the number of substituents.     

AMT异构体互变机理的理论研究

用密度泛函理论(DFT)的B3LYP/6-311G(d, p)和Müller-Plesset微扰理论的MP2/6-31G(d)方法，优化了AMT(2-氨基-5-巯基-1,3,4-噻二唑)各种异构体和过渡态结构的几何构型，并对它们的电子结构、振动光谱和化学键性质进行了研究.还研究了AMT异构体的互变机理，提出了AMT异构体abcda的循环式互变途径.进一步完成了对AMT异构体成键方式的自然键轨道(NBO)分析.     

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.     

DFT Predictions on Structures and Stabilities of Eleven-vertex nido-and cioso-Heteroboranes

Based on the octadecahedron of eleven-vertex closo-borane,the eleven-vertex closo-heteroborane was suggested with nonmetallic atoms instead of the different nonequivalent boron,and the stabilities were predicted at G96PW91/6-31+G(3d,2p) level.The small heteroatoms,C,N,O,preferentially occupy vertex 2 with the absolutely lowest relative energy to form the high stabilization closo-heteroboranes.They cap four-membered rings to satisfy the geometrical demand of short B-Z bonds.The electron attractions from the vicinal boron atoms make the frameworks shrink.Differently,Si and Ge preferentially substitute for boron at vertex 1 with six tight B-Z bonds and form stabilized molecules.P,As,S,and Se tend to occupy vertex 4 and the optimized structures belong to the nido configurations,in contrast to high electronegative heteroatoms,S and Se transfer less negative charges to framework and the electropositive heteroatoms,Si and Ge transfer more negative charges to framework to form the delocalization structures.The HOMO-LUMO gaps show that most of predicted clusters possess chemical stabilities.The substitutions of heteroatoms for boron atoms in eleven-vertex closo-hcteroboranes are consistent with the topological charge stabilization rule proposed by Gimarc.