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1、应用化学专业毕业论文应用化学专业毕业论文 精品论文精品论文 氮杂杯氮杂杯44芳烃与芳烃与 RDXRDX 分子间分子间相互作用的密度泛函理论研究相互作用的密度泛函理论研究关键词：氮杂杯芳烃关键词：氮杂杯芳烃 RDXRDX 分子间相互作用分子间相互作用 密度泛函理论密度泛函理论 火炸药火炸药 溶剂效应溶剂效应 炸炸 药废水药废水摘要：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
2、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
3、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(1)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 B3 LYP/6-311+G*水平上进行了 AIM(atom in molecule)分析。结果得知，十二种复合
4、体各键鞍点处电子密度 p 值均在 0.002 a.u0.034 a.u 范围内；各临界点处的拉普拉斯也都在 Popelier 建议的 0.024a.u0.139a.u 范围内，且2p(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 p 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 263K398 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-1)的难易程度由小到大顺序为(j) l
5、t;(h)lt;(k)lt;(1)lt;(g)lt;(e)lt;(i)lt;(b)lt;(f)lt;(a)lt;(d)lt;(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 38.2547.24 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。正文内容正文内容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
6、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
7、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(1)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
8、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 B3 LYP/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 p 值均在 0.002 a.u0.034 a.u 范围内；各临界点处的拉普拉斯也都在 Popelier 建议的 0.024a.u0.139a.u 范围内，且2p(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 p 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 263K398 K 温度范围内对十
9、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-1)的难易程度由小到大顺序为(j) lt;(h)lt;(k)lt;(1)lt;(g)lt;(e)lt;(i)lt;(b)lt;(f)lt;(a)lt;(d)lt;(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 38.2547.24 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
10、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。 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
11、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
12、体上看， 复合物(h)、(k)和(1)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 B3 LYP/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 p 值均在 0.002 a.u0.034 a.u 范围内；各临界点处的拉普拉斯也都在 Popelier 建议 的 0.024a.u0.139a.u 范围内，且2p(
13、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 p 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 263K398 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-1)的难易程度由小到大顺序为(j)lt;(h) lt;(k)lt;(1)lt;(g)lt;(e)lt;(i)lt;(b)lt;(f)lt;(a)lt;(d)lt;(c)，与结构、能量和 NBO 分析的结 果基本一致。 6
14、.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 38.2547.24 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。 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
15、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
16、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(1)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 B3 LYP/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 p 值均在
