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硝化甘油结构与性能的量子化学、分子动力学和分子力学研究

胡应杰  
【摘要】:本文用量子力学(QM)、分子力学(MM)和分子动力学(MD)方法对硝化甘油的结构和性能进行了理论研究。 首先用密度泛函理论(DFT)方法,在B3LYP/3-21G~*水平下,全优化计算了硝化甘油的分子几何和构象,得到16种不同的稳定构型,计算了各稳定构型在不同温度下的标准热力学函数,讨论了各稳定构型之间在几何参数、稳定性和电荷分布上的差别和共同点。发现全优化得到的16种构型的CONO_2基团都具有平面结构,硝化甘油分子关于二面角C-C-C-O成旁式比成反式稳定,关于二面角H-C-O-N成旁式比成反式稳定,关于二面角C-C-O-N成反式比成旁式稳定。 然后用从头算自洽反应场(SCRF)理论研究了不同溶剂对硝化甘油结构和热力学性质的影响。发现溶剂化效应对硝化甘油分子几何构型、电子结构和热力学函数的影响较小,对硝化甘油分子的最低空轨道(LUMO)组成有较显著的影响。 最后在分子力学方法(MM)力场下,以分子动力学(MD)方法模拟了硝化甘油的熔化过程,预测其熔点(360K),分析了熔化前后硝化甘油多种性质的变化。发现相变前后,CONO_2基团始终保持平面结构,与常温下的实验结果相近,硝化甘油分子中占概率最大的键长、键角、二面角数目减少,且键长、键角、二面角分布范围变宽。


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