Gegenstand der vorliegenden Arbeit war es, die Grundlagen für ein mögliches technisches Verfahren zur Aromatennitrierung mit Salzhydratschmelzen (M(NO3)3 · n H2O, M = Fe, Cr, Bi, In, Al; n = 4 - 9) zu untersuchen. Es sollte geklärt werden, ob Toluol quantitativ zu Dinitrotoluol bzw. Benzol zu Nitrobenzol umgesetzt werden kann. In Screening-Versuchen wurden geeignete, nitrierend wirkende Salzhydrate ermittelt, sowie Wege untersucht, die Reaktivität der eingesetzten Salzhydratschmelzen durch Variation von Wasser- bzw. Säuregehalt, Durchmischung, verschiedenen Schmelzenzusätzen bzw. Reaktionstemperatur zu steigern. Das entstehende Verhältnis der Isomeren der Mono- und Dinitrierung wurde hinsichtlich einer möglichen Beeinflussung untersucht. Das Spektrum an Nebenprodukten wurde bestimmt, sowie Möglichkeiten aufgezeigt, diese zu vermeiden. Dabei konnte gezeigt werden, dass im Gegensatz zum etablierten Mischsäureverfahren beim Einsatz von Salzhydratschmelzen keine kresolischen Nebenprodukte gebildet werden. Weiterhin wurden Möglichkeiten zur Präparation wasserarmer Salzhydratschmelzen durch thermische Entwässerung bzw. Reaktion mit flüssigem N2O4 untersucht, die Löslichkeit der isomeren Zwischen- und Endprodukte in der Salzhydratschmelze bestimmt sowie das thermische Verhalten von Dinitrotoluol in Gegenwart der Salze betrachtet.

Gegenstand der vorliegenden Arbeit war es, die Grundlagen für ein mögliches technisches Verfahren zur Aromatennitrierung mit Salzhydratschmelzen (M(NO3)3 · n H2O, M = Fe, Cr, Bi, In, Al; n = 4 - 9) zu untersuchen. Es sollte geklärt werden, ob Toluol quantitativ zu Dinitrotoluol bzw. Benzol zu Nitrobenzol umgesetzt werden kann. In Screening-Versuchen wurden geeignete, nitrierend wirkende Salzhydrate ermittelt, sowie Wege untersucht, die Reaktivität der eingesetzten Salzhydratschmelzen durch Variation von Wasser- bzw. Säuregehalt, Durchmischung, verschiedenen Schmelzenzusätzen bzw. Reaktionstemperatur zu steigern. Das entstehende Verhältnis der Isomeren der Mono- und Dinitrierung wurde hinsichtlich einer möglichen Beeinflussung untersucht. Das Spektrum an Nebenprodukten wurde bestimmt, sowie Möglichkeiten aufgezeigt, diese zu vermeiden. Dabei konnte gezeigt werden, dass im Gegensatz zum etablierten Mischsäureverfahren beim Einsatz von Salzhydratschmelzen keine kresolischen Nebenprodukte gebildet werden. Weiterhin wurden Möglichkeiten zur Präparation wasserarmer Salzhydratschmelzen durch thermische Entwässerung bzw. Reaktion mit flüssigem N2O4 untersucht, die Löslichkeit der isomeren Zwischen- und Endprodukte in der Salzhydratschmelze bestimmt sowie das thermische Verhalten von Dinitrotoluol in Gegenwart der Salze betrachtet.

This dissertation describes the implementation of the molecular electronic structure calculations with an implicit solvent model using coupled-cluster theory. The theory for and the implementation of the solvent reaction field method (SCRF) and the reference interaction site model (RISM) at the coupled-cluster singles and doubles (CCSD) are presented. In the SCRF model a solute molecule is placed in a spherical cavity, and the outer solvent is represented by a dielectric continuum, which is characterized by the dielectric constant of the solvent. The reaction field is introduced to the system by using the multipole moment expansion of the electronic structure of the solute molecule and the dielectric constant. The SCRF method has been used to calculate the conformational equilibrium and the rotational barriers of 1,2-dichloroethane in vacuum and in different solvents. The calculated results are compared with experimental values. In addition, the solvent effects on the energetics of the mechanism of nitration of benzene are reported using the implemented CCSD-SCRF model. The idea of RISM is to replace the reaction field in continuum models by a microscopic expression in terms of the site-site radial distribution functions between solute and solvent, which can be calculated from the RISM integral equations. The statistical solvent distribution around the solute is determined based on the electronic structure of the solute, while the electronic structure of solute is influenced by the surrounding solvent distribution. Therefore, the wave function and the RISM equations are solved self-consistently with CCSD. Pair correlation functions, partial atomic charges, and solvation free energies of water and N-methylacetamide are calculated in liquid water using proposed theory. Both the CC-SCRF and CC-RISM methods have been implemented in a developmental version of the Q-Chem 3.2 quantum chemistry package.

Explosive materials have always been attracting the attention of scientists. Various explosives either in pure bulk form or as admixtures are synthesized and investigated from different points of view. However, because of dangerous character of these materials, their syntheses and properties have to be forecasted by theoretical studies. The new research trends of explosive materials generally include the designs of novel derivatives of well&ndash / known explosives to improve their detonation performances (heats of explosion, detonation velocities and detonation pressures) and thermal stabilities and decrease their sensitivities towards friction, electric spark, shock and impact either experimentally or theoretically. NTO (5&ndash / nitro&ndash / 2,4&ndash / dihydro&ndash / 3H&ndash / 1,2,4&ndash / triazol&ndash / 3&ndash / one) and PATO (3&ndash / picrylamino&ndash / 1,2,4&ndash / triazole) are very important secondary explosives that take place in the literature for many years in terms of their explosive properties. In this thesis study, new species of these explosives have been designed to enhance their detonation performances (ballistic properties) and to lower their sensitivities and reactivities computationally. Additionally, aromatic nitration reactions and their mechanisms for unprotonated and protonated PATO species have been analyzed. The ab initio quantum chemistry methods, Hartree&ndash / Fock (HF) and Density Functional Theory (DFT), have been used in the calculations with Pople basis sets. Novel NTO and PATO tautomeric species have been designed and investigated to enlighten the effects of tautomerism on their quantum chemical properties and detonation performances in the gas phase. Various aromatic nitration mechanisms (carbon and nitrogen mono&ndash / nitration mechanisms) of unprotonated tautomeric PATO species as well as PATO have been designed in gas phase and the reaction states (pre&ndash / transition states, transition states, intermediates and nitration products) have been detected belonging to these mechanisms. Nitrations in solution phase have also been analyzed. The reaction states have been detected for carbon and nitrogen mono&ndash / nitrations of protonated PATO species in the gas phase. The detonation performances of unnitrated and nitrated PATO products have been presented.