氮杂杯4芳烃和rdx分子间相互作用密度泛函理论地研究论文

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1、氮杂杯[4]芳烃与RDX分子问相互作用的密度泛函理论研究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形成较强分子问相互作用的主体，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

2、B3LYP／6．311++G料水平上，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d,lIN序。2．在MP2(FC)／6．31l++G水木水平上，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宰乖水平上进行了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)

3、、(f)、(曲、(i)和(j)中，电荷转移刚好相反；各个复合物的∥矽大d,JIN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木木水平上进行了AIM(atominmolecule)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0．002a．U～0．034a．u范围内；各临界点处的拉普拉斯也都在Popelier建议的0．024a．U～O．139a．u范围内，．且．V2,oCrc)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2

4、63K-398K温度范围内对十二种复合物在B3LYP／6—31l++G木木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)<(h)<(k)<(1)<(曲<(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—31l++G半宰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

5、发现，采用间位取代的氨基四氮杂杯[2】芳烃[2]--嗪8来降低炸药RDX感度，消除炸药废水中的RDX较为合适。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DensityFunctionalTheoryStudiesonIntermolecularInteractionofAza—calix[4larenewithRDXAbstractItisessentialtodecreaseexplosivesensitivityanddisposeexplosivewastewaterinenergeticmaterialsfield．Becau

6、setheaza—calix[4]arenederivativesarepronetobesynthesizedaswellasNatomandtheringofcalixarenecanofferelectrontoformhost—guestcomplexwithelectronacceptor,allnewthoughtisofferedthatonecomplexinwhichintermolecularinteractionisthestrongestischosenfromtwelveaza-calix[4]arenederivative(amido，nit叫，azidosubst

7、ituted)complexeswithRDXtodecreasetheexplosivesensitivityanddisposetheexplosivewastewater．Sincetheselectivityorderobtainedfrominteractionenergiesmightbereversedaftertakingintoaccountthesolventeffects，t