学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

氮杂杯[4]芳烃与RDX分子间相互作用的密度泛函理论研究

作　者: 侯素青
导　师: 曹端林
学　校: 中北大学
专　业: 应用化学
关键词: 氮杂杯[4]芳烃 RDX 分子间相互作用分子间氢键密度泛函理论 AIM 温度效应溶剂效应
分类号: O621.13
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 89次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

火炸药感度的降低及其废水的处理是当今含能材料领域需迫切解决的重大课题。本文基于氮杂杯[4]芳烃衍生物易于合成以及N原子、杯芳烃环和硝基、叠氮取代基都具有一定的供电子能力,有利于和电子受体形成主客体复合物的前提,提出了一种创新方法:从十二种分别带有硝基、氨基、迭氮取代基的氮杂杯[4]芳烃衍生物中寻找一种能与RDX形成较强分子间相互作用的主体,使之与RDX形成配合物的方案降低火炸药感度、处理火炸药废水。如果考虑溶剂作用,由相互作用能所获得的选择性顺序可能会发生改变,因此我们利用onsager溶剂模型对上述复合物的溶剂效应进行了讨论。1.在B3LYP/6-311++G**水平上,计算了十二种复合物的全优化构型,通过频率计算验证了势能面上的最低点;利用氢键的结构判据,初步确定了主客体复合物之间的氢键,并根据氢键结构特征,猜测了复合物相互作用能的大小顺序。2.在MP2(FC)/6-311++G**水平上,对上述复合物进行了能量计算,分析了相互作用能和扭曲能,并进行了BSSE和ZPEC校正。进而得到了十二种复合物氢键能的大小顺序。3.对十二种复合物在B3LYP/6-311++G**水平上进行了NBO分析。从总体上看,复合物(h)、(k)和(l)的电荷转移是从RDX到氮杂杯[4]芳烃,而在复合物(a)、(b)、(c)、(d)、(e)、(f)、(g)、(i)和(j)中,电荷转移刚好相反;各个复合物的E(2)大小顺序表明了该复合体的氢键相互作用的大小顺序,与结构分析结果基本一致。4.对上述复合物在B3LYP/6-311++G**水平上进行了AIM (atom in molecule)分析。结果得知,十二种复合体各键鞍点处电子密度ρ值均在0.002 a.u ~0.034 a.u范围内;各临界点处的拉普拉斯也都在Popelier建议的0.024a.u ~0.139a.u范围内,且▽2ρ(rc)都为正值;表明主客体间形成了弱的分子间相互作用。而且通过电子密度ρ值的大小,得到了分子间相互作用能的大小顺序,与能量和NBO分析大体相同。5.在263K~398 K温度范围内对十二种复合物在B3LYP/6-311++G**水平上进行了温度效应分析。结果表明,低温有利于复合物的形成;而且通过对同一温度下形成复合物的吉布斯自由能的比较发现,形成复合物(a-l)的难易程度由小到大顺序为(j)<(h)<(k)<(l)<(g)<(e)<(i)<(b)<(f)<(a)<(d)<(c),与结构、能量和NBO分析的结果基本一致。6.对十二种复合物在B3LYP/6-311++G**水平上进行了溶剂效应分析。结果表明,复合物在介电常数为38.25~47.24溶剂中的分子间相互作用能与在气相中相差不大,该介电常数范围的溶剂对于复合物的形成有一定的影响。由计算结果发现,采用间位取代的氨基四氮杂杯[2]芳烃[2]三嗪8来降低炸药RDX感度,消除炸药废水中的RDX较为合适。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-10
1 绪论  10-20
  1.1 本课题的目的和意义  10-11
  1.2 杯芳烃简介  11-15
    1.2.1 杯芳烃衍生物的研究  11-12
    1.2.2 氮杂杯芳烃的研究现状  12-15
  1.3 量子化学计算在杯芳烃配合物研究中的应用  15-18
    1.3.1 量子化学计算方法  15-16
    1.3.2 国内外杯[4]芳烃的理论研究现状  16-18
  1.4 本论文的主要工作及创新之处  18-20
2 理论基础和计算方法  20-36
  2.1 分子轨道理论  21-24
    2.1.1 闭壳层分子的HFR 方程  21-22
    2.1.2 开壳层分子的HFR 方程  22-24
  2.2 密度泛函理论  24-25
  2.3 微扰理论方法  25-26
  2.4 基函数的选择  26-28
  2.5 振动频率的计算  28-29
  2.6 计算化学热力学理论  29
  2.7 溶剂效应  29-32
  2.8 分子中的原子(Atoms In Molecules，AIM)分析  32-36
    2.8.1 电子密度分布临界点的分类  32-34
    2.8.2 电子密度分布的拉普拉斯量(Laplacian)  34-36
3 对位取代的四氮杂杯[2]芳烃[2]三嗪与RDX 复合体的理论研究  36-60
  3.1 计算方法  36-37
  3.2 结果与讨论  37-59
    3.2.1 结构分析  38-46
    3.2.2 能量分析  46-48
    3.2.3 NBO 分析  48-51
    3.2.4 AIM 分析  51-53
    3.2.5 热力学性质  53-57
    3.2.6 溶剂效应  57-59
  3.3 本章小结  59-60
4 间位取代的四氮杂杯[2]芳烃[2]三嗪与RDX 复合体的理论研究  60-84
  4.1 计算方法  60-61
  4.2 结果与讨论  61-83
    4.2.1 结构分析  62-70
    4.2.2 能量分析  70-72
    4.2.3 NBO 分析  72-75
    4.2.4 AIM 分析  75-77
    4.2.5 热力学性质  77-81
    4.2.6 溶剂效应  81-83
  4.3 本章小结  83-84
5 结论  84-86
参考文献  86-95
在攻读硕士学位期间发表的论文  95-96
致谢  96

氮杂杯[4]芳烃与RDX分子间相互作用的密度泛函理论研究

内容摘要

全文目录

相似论文