高能叠氮基OS(N3)2的几何结构与稳定性研究

张国华，张影，李晶，刘芳

哈尔滨理工大学应用科学学院

高能叠氮基OS(N3)2的几何结构与稳定性研究

张国华，张影，李晶，刘芳

哈尔滨理工大学应用科学学院

本章利用高斯软件对OC(N3)2分子的合成与分解路径进行研究，计算其几何结构，并通过振动频率分析确定基态结构。通过对各个分子势能曲面的研究确定分解与异构通道，从而确定稳定性。

该项目是由黑龙江省教育厅科技项目（No．12541172）资助

1、简介

高能量的含氮分子因其具有较多的N-N单键和双键，从而具有较高的能量储备，当分子分解时单键和双键变成三键，而放出较高的能量，这种性质叫做高能量密度性质。叠氮基化合物就是其中的一种。通过对含氟或含氯分子进行N3取代，就能够形成叠氮基化合物。

2、计算方法

本章利用密度泛函（DFT-B3LYP）对OS(N3)2分子结构优化和振动频率的计算。谐振频率的计算用来确定稳定结构（全正频）以及过渡结构（有一个负频），并且提供零点振动能修正（0.9806修正）。对势能面的分子内禀反应路径(IRC)计算能够确定合成与分解反应的反应路径和反应产物。所有计算结果都是利用Gaussian 03软件包得到的。

3、结果与讨论

（1）、OS(N3)2的合成

首OS(N3)2的合成是通过用HN3中的N3基团取代OSCl2中的Cl原子来实现的，我们对该合成路径所涉及的物质进行结构优化，各物质的对称性、能量以及相对能列于表1，几何结构列于图1。

OSCl2是Cs对称性的非平面分子，与HN3反应时N3基团与H原子分离，N3基团取代其中一个Cl原子，生成一个OSClN3分子，同时产生一个气态的HCl分子。OSClN3分子中叠氮基N3基团的N-N键长为1.121和1.241Å，介于双键和三键之间，当期N-N键断裂释放氮气过程中将会放出巨大能量。OSClN3分子与HN3进一步反应，另一个Cl原子也将被取代，生成一个OS(N3)2分子和一个气态HCl分子。

图1 .OS(N3)2分子合成与分解路径上所涉及物质的几何结构及相对能

（2）、OS(N3)2的稳定性分析

为了确定OS(N3)2分子的动力学稳定性，我们对其势能曲面进行系统计算，确定其分解路径，找到其分解过渡态结构，如图1。OS(N3)2中的一个N3基团的一个N-N键长由1.236Å增加到1.681Å（如图1中的OS(N3)2-TS,过渡结构），接下来将会释放一个N2分子。该分解反应势垒为26.0kcal/mol,说明OS(N3)2具有较高的动力学稳定性，在试验中一旦合成，将不易分解。

4、结论

1、OS(N3)2分子可以由OSCl2分子和2个HN3分子的取代反应来合成。

2、OS(N3)2分子可以通过增加N-N键长来释放氮气从而放出巨大能量，分解势垒分别为26.0 kcal/mol和24.6 kcal/mol，说明该叠氮基分子具有较理想的动力学稳定性，在实验室中合成稳定性较理想，不易分解，具有较好的应用价值。

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