Реакційна здатність нітроароматичних сполук і циклічних нітроамінів. Квантово-хімічне моделювання

Abstract

Дисертація присвячена розробці теоретичних підходів до вивчення механізмів і кінетики реакцій нітроароматичних сполук і циклічних нітроамінів, що дозволяє прогнозувати методи ефективного вилучення їх з навколишнього середовища. Проведено детальний аналіз різних теоретичних наближень і сольватаційних моделей на предмет точності розрахунку потенціалів відновлення і окиснення нітроароматичних сполук і азациклічних сполук. В обраних наближеннях, які забезпечують точність розрахунку 0,1-0,2 еВ для даних класів сполук, розраховано величини потенціалів відновлення і окиснення сполук, для яких експериментальні дані відсутні. З’ясовано, що адсорбція знижує здатність гідратованих нітроароматичних сполук і циклічних нітроамінів до окисно-відновних перетворень. Pозроблено підхід для моделювання кінетики багатостадійної реакції за різних умов із залученням усіх, теоретично прогнозованих, інтермедіатів. Встановлено механізм відновлення нітрогрупи у нітрозогрупу за допомогою нітроредуктаз. Змодельовано механізм початкових стадій лужного гідролізу таких нітроароматичних сполук і циклічних нітроамінів, як TNT, DNT, DNAN, RDX, HMX, CL-20. Показано, що гідроліз нітросполук перебігає у напрямку приєднання гідроксид-іону і заміщення нітрогруп гідроксильними групами з побічним депротонуванням, яке призводить до утворення комплексів Яновського і, в подальшому, до сполук з високою молекулярною масою. Фотоактивація значно прискорює процес лужного гідролізу DNAN. Гідроліз нітроамінів складається з початкового депротонування і відщеплення нітрит-іону, приєднання гідроксид-іону з одночасним розривом циклу, подальшим перетворенням шляхом розриву зв’язків C-N i приєднання гідроксид-іону. Змодельовано кінетичні криві для лужного гідролізу TNT, DNT, DNAN, RDX, HMX, що дає інформацію про швидкість розкладу вихідних сполук і накопичення продуктів. Змодельовано механізми окиснення синглетним киснем нітроароматичних сполук DNAN і NTO та механізми окиснення гідроксид-радикалом сполук DNT, DNАN, NTO, RDX. Показано, що окиснення сполуками, які генерують гідроксид-радикал, є високоекзотермічним процесом. Розуміння механізму процесу деградації нітросполук шляхом лужного гідролізу, під дією синглетного кисню та гідроксид-радикалу сприятиме вдосконаленню технологій для видалення нітросполук з навколишнього середовища.