N_8双五圆环及其质子化的结构和稳定性研究

N_8双五圆环及其质子化的结构和稳定性研究
富氮化合物所具有的高能量密度性质,在近些年一直都是化学家们的研究热点。

富氮化合物本身突出的特点是其具有大量的氮-氮单键和氮-氮双键,当形成三键时伴随着大量的能量释放,这种物质称为高能量密度物质（HEDM）。

根据它的这种性质,HEDM还可作为炸药、推进剂、燃气发生剂或者是顿感起
爆药的组成成份,又因为其产物是N₂,还具有环保的特点。

它的这些优点,使它在军事和民用领域都有十分广泛的应用。

在近几十年,富氮化合物曾先后被大量的文献所报道,这使得富氮高能密度
材料（HEDMs）的实验合成和理论设计的化学意义变得非常重大。

众所周知,提到富氮高能量密度物质,首先需要考虑的一定是它的稳定性与生成热,由于其在合
成或者分解的时候会有大量能量的释放而引起的高度不稳定性,这就使得富氮高能材料在研制过程会遇到很多的问题,同时会具有很高的危险性。

本文将利用理论计算的方法,对掺杂不同取代基
（H,-CH₃,-NH₂,N₃,CN）的N₈双五圆环这一新兴的高能量密度化合物进行研究工作。

研究了N₈双五圆环的结构和稳定性,以及在掺杂不同取代基后的几何结构与稳定性。

本文采用密度泛函方法（DFT）,对整个过程中的几何结构与分解势能曲面进
行研究,确定其热力学以及动力学稳定性。

计算所得出的结果,可以作为理论参考,也可避免在实验过程中可能遇见的危险性。

当不同取代基（H,-CH₃,-NH₂,N₃,CN）掺杂进N₈双五圆环结构中时,分析各个异构体及其分解过渡态的势
能曲面,确定他们的分解路径从而确定体系的动力学稳定性。

结果表明,当掺杂进
H⁺离子（N₈H⁺）时,由于结构对称性的破坏使得N₈H⁺体系的稳定性对比与N₈双五圆环体系时的稳定性有所降低。

当掺杂进两个H⁺离子
(N₈H₂²⁺)时,热力学稳定性最好的
N₈H₂²⁺-A结构的分解最低能垒高达47.1 kcal?mol^-1,具有非常高的动力学稳定性。

在掺杂三个
H⁺离子(N₈H₃³⁺)和四个
H⁺离子(N₈H₄⁴⁺)时,整个体系的稳定性均没有N₈H₂²⁺-A体系的稳定性好。

可以预见的是,N₈双五圆环的双质子化过程将为其能够在实验
室应用提供可靠的理论性,该思路将促进富氮化合物的理论研究,为今后的实验合成提供更加理论和全面的基础。