3，3，7，7－四（三氟甲基）－2，4，6，8－四氮雜雙環［3．3．0］辛烷及其多硝基取代物結構與性能的理論研究

劉英哲，陸婷婷，康 瑩，來蔚鵬，尉 濤，葛忠學

（西安近代化學研究所，陜西西安710065）

引 言

雙環HMX 的安全性與穩定性與HMX 相似，但比HMX 含有更少的氫原子數和更大的環張力。理論預估結果表明，雙環HMX 的能量比HMX 高10%～15%。因此，雙環HMX 類化合物是近年來含能材料領域的研究熱點［1－9］。雙環HMX 的衍生物3，7－二羰基－2，4，6，8－四硝基－2，4，6，8－四氮雜雙環［3．3．0］辛烷具有較高的能量，但3，7位的羰基容易發生水解反應，導致化合物分解。將羰基置換為三氟甲基后，可以在一定程度上穩定氮雜雙環，阻止水解、開環副反應的發生［1］。另外，氟元素本身具有極強的氧化性，引入三氟甲基還可以提高2，4，6，8－四氮雜雙環［3．3．0］辛烷的密度和能量。

目前，國外已經成功合成了幾種3，3，7，7－四（三氟甲基）－2，4，6，8－四氮雜雙環［3．3．0］辛烷的多硝基取代物［1－2］，但有關性能測試的報道較少。本研究采用量子化學方法對3，3，7，7－四（三氟甲基）－2，4，6，8－四氮雜雙環［3．3．0］辛烷及其多硝基取代物的密度、振動頻率、熱力學性質及爆轟性能進行了預估，預估結果與實驗值吻合較好，為進一步研究該類化合物的性能提供參考。

1 計算方法和原理

采用密度 泛 函 理 論B3LYP 方 法［12－13］，在6－31＋G（d）基組水平上對3，3，7，7－四（三氟甲基）－2，4，6，8－四氮雜雙環［3．3．0］辛烷及其多硝基取代物（圖1）進行結構優化計算，求得勢能面上極小值并得到穩定的幾何構型。利用自然鍵軌道分析獲得分子軌道能量和鍵級等電子結構性質。通過簡諧振動分析求解體系的振動頻率、IR 光譜及273～1 000K內的熱力學性質。結合Monte－Carlo隨機算法［14］計算分子摩爾體積，進而估算密度。采用Kamlet－Jacobs公式［13］預估爆速、爆壓和爆熱。……