고에너지 함유 옥세탄류의 정전기 전위 및 화학 반응성 연구 = A Study on Electrostatic Potentials and Chemical Reactivities of Energetic Oxetanes

국문 초록 (Abstract)

산촉매하에서 중합반응을 하는 고에너지를 함유한 옥세탄 유도체들을 ab initio HF/3-21G 방법으로 구조, 전하, 정전기 전위 등을 계산하고 그 결과를 고찰하였다. 계산 결과에 의하면 큰 치환체가 도입되거나 양성자화나 $BF_3$ 착물화에 의해 옥세탄 고리의 구조는 상당히 변화하며, 이것은 정전기적 상호작용이나 구조적 척력으로 설명할 수 있다. 옥세탄 유도체들의 친핵성 및 염기성은 옥세탄 산소원자의 음전하와 최소 정전기 전위의 크기로 설명할 수 있다. 공중합하의 옥세탄 유도체들의 반응성은 (1) 옥세탄 유도체의 염기성과 (2) 옥세탄 유도체의 HOMO 에너지와 활성화 옥세탄 중합 고리의 LUMO 에너지의 차에 의해 설명되어진다. 계산에 의하면 3-azidomethyl-3-methyl oxetane (AMMO)이 3-nitratomethyl-3-methyl oxetane (NMMO)보다 염기성이 크며, AMMO나 NMMO 사슬에 관계없이 반응성이 큼을 알 수 있다. 이 계산 결과는 이미 알려진 실험 결과들과 잘 일치한다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Energetic oxetane derivatives which undergo cationic polymerizations have been investigated theoretically by using ab initio HF/3-21G calculations. We have examined structures, charges, and molecular electrostatic potentials. The ring structure of oxetane has changed significantly due to (1) the introduction of large substituents in the ring or (2) the addition of either proton or BF3. This structural change is attributed to electrostatic interactions and/or steric repulsions. The nucleophilicity and basicity of oxetane derivatives can be explained by the negative charge and the minimum electrostatic potential value of O atom. The reactivity in the polymerization can be rationalized by (1) the basicity of O atom and (2) the difference between HOMO energy of oxetanes and LUMO energy of activated oxetane polymeric chains. Our calculations predict that 3-azidomethyl-3-methyl oxetane (AMMO) is more basic than 3-nitratomethyl-3-methyl oxetane (NMMO), and AMMO is more reactive toward both AMMO and NMMO polymeric chains. Our results are in good agreement with previous experimental data.