为研究带电粒子(H_3O^+,OH^-,NO_2^+ and NO^+)对1,1-二氨基-2,2-二硝基乙烯(FOX-7)裂解通道的影响,采用密度泛函理论的B3LYP、B3PW91和PBE0泛函理论在6-31++G(d,p)基组下优化出了H_3O^+,OH^-,NO_2^+ 和 NO^+分别与FOX-7的复合体,从成键方式和静电势变化的角度分析了复合方式。在相同水平下,计算了各复合体不同裂解通道的活化能,并基于键长、键级、成键方式等电子结构参数的变化分析了活化能变化的本质。结果表明,在B3LYP/6-31++G(d,p)水平上,OH^-使两种构型C—NH_2键的离解能分别下降了260.7 k J·mol-1和74.3 k J·mol-1,H_3O^+,NO_2^+ 和 NO^+使C—NO_2键的离解能下降44~260 k J·mol-1,带电粒子使大部分复合体C—C键的离解能提高,但对硝基异构的活化能影响甚微,由过渡态分析可知,这源于硝基异构的过渡态具有的极其相似的几何构型。四种带电粒子都扰乱了单分子FOX-7相对稳定的结构,降低了FOX-7后续裂解的能垒,影响了FOX-7裂解中后期自加速反应的进程。
采用色散校正密度泛函理论的RI-B2PLYP-D3和PW6B95-D3方法得到了1,1-二氨基-2,2-二硝基乙烯(FOX-7)的四种气相团簇,以此模拟FOX-7分子在晶体结构中的存在状态。绘制了团簇形成过程中各分子相邻处的电子密度差图,从电子密度变化的角度解释了分子间相互作用的形成及来源,研究了凝聚相FOX-7分子间相互作用对FOX-7裂解机理的影响。结果表明,FOX-7团簇中分子间相互作用源于电子偏移形成的部分分子间共享电子,分子间相互作用形成的同时也使部分分子内的化学键被弱化,致使FOX-7的裂解通道发生改变。采用PW6B95-D3理论时,分子间相互作用使各团簇中FOX-7的C—NO_2键裂解活化能比单分子状态时普遍降低。不同团簇中分子间相互作用力角度不同,硝基异构反应的过程有所变化,与单分子FOX-7相比,团簇Ⅱ硝基异构通道的活化能下降了210.9 k J·mol^(-1),而团簇Ⅳ硝基异构通道的活化能升高了39.4 k J·mol^(-1)。
