1.1 高氮含能化合物

含能材料在过去几十年中在军事和民用领域发挥了重要作用。发现高性能与低灵敏度之间的完美平衡对爆炸物的发展至关重要，有效的策略是将相同或不同的杂环融合，在最近追求高效能材料中有所体现，高氮含能化合物是指化合物中N含量超过50%的化合物，这类化合物中，通常含有杂环结构单元，同时还包括如其他能量基团，主要的基团C-NO2、N-NO2，O-NO2，但并非含上述基团的化合物都具有爆炸性，是否具有爆炸性取决于整个分子结构，而非某个单个基团，同时氧平衡也是衡量含能材料性质的重要依据，某些化合物已经具有相当好的氧平衡.具有良好的应用前景[1]。在合成推进剂应用所需的高能量致密氧化剂（HEDO）方面，氮/富氧杂环是很有希望前景的化合物，具有高密度，低灵敏度和高热稳定性，氧平衡（O）也是HEDO最重要的特性之一。它可以看作化合物需要将所有碳转化成一氧化碳，全部氢气转化成水和氮气。它们的分子结构中含有大量的C–N、N=N、N–N、C=N结构，这是其输出能量的主要来源，基于CaHbNcOd的化合物的O可以通过使用简单的方程计算。氧平衡值应大于零，以在燃烧过程中产生游离氧，因此燃料可以完全氧化。为了合成更强大的能量材料，使其具有高氮/氧含量，可以将不同的官能团连接到分子的主链上，而不是依靠传统含能材料中分子骨架中碳原子的氧化作用。此外，高氮低碳氢的分子组成，不仅会增加分子的密度，且利于改善化合物的氧平衡[2, 3]。同时保护环境，燃烧产物多为的氮气，对环境无太大伤害。 

1.1.1 氨基胍类含能化合物的研究进展

氨基取代胍分子中的氢原子可以得到胍类化合物，这意味着氨基胍衍生物的结构中肼基结构，正是由于肼基结构的存在，它们均被称为高氮化合物，其中三氨基胍的氮含量高达80%，是良好的含能材料合成中间体。同时它们都具有强碱性，存在形式一般为质子化形成的稳定的胍盐，广泛应用于医药、农药和化工等领域。在含能材料领域，氨基胍类化合物的这些性质使其成为广泛使用在高氮量含能离子化合物领域的阳离子来源物。 (图1.1)。

图1.1含有氨基胍结构的胍类阳离子

1.1.2 肼基唑类含能化合物的研究进展

肼基唑类这些化合物在医药、化学化工、农药和材料等领域具有广泛的应用前景。新能源材料的研究和调查仍然是合成无机和有机化学中最有趣的领域之一，如近年来出版物数量不断增加所观察到的富含氮的杂环能量材料如三唑的化学和四唑是特别有意义的[2-3]。多氮唑类化合物有三唑、四唑类等化合物。由于化合物本身的结构和连接的基团直接决定它们的性质，因此这类化合物属于两性化合物，对于这类化合物极大兴趣的原因是因为三唑其易于合成和四唑与两个碳原子取代的能力，与仅具有一个碳原子的四唑相反。 因此，已经在该领域进行了大量研究，并且已经合成了几种三硝基甲基三唑和四唑。

1.1.3 肼基四嗪类含能化合物的研究进展

四嗪环是具有四个氮原子的六元杂环，结构上符合Hückel规则具有芳香性。它共有三种同分异构体：1,2,3,4-四嗪、1,2,3,5-四嗪、和1,2,4,5-四嗪，其中研究最多的应属结构最为稳定的1,2,4,5-四嗪（S-四嗪）。S-四氮嗪衍生物，具有更好的生理性质，光谱性质和更高的反应性，某些s-四嗪类化合物对药物，农药，火箭燃料和高能材料具有很高的应用潜力[4]。通过设计和研究被取代的四嗪化合物，以找到高氮含能化合物的结构和性能之间的综合关系。密度泛函理论（DFT）用于预测和优化的几何形状，电子结构，形成热和密度，并通过使用VLW状态方程（EOS）评估爆轰特性。计算结果表明，在所有设计的高氮化合物中，形成热量，密度，爆轰特性和N原子数之间存在良好的线性关系。 此外，与八氢-1,3,5,7-四硝基-1,3,5,7-四唑（HMX）相比，几种设计的四嗪化合物显示出良好的爆轰速度和压力，使其成为高能密度材料的潜在候选。 三硝基苯基类高氮含能化合物的合成研究(2):http://www.chuibin.com/huaxue/lunwen_206067.html