1. 研究背景
含能材料是一种含能体积比巨大的材料，在军事与民用领域有大量应用，常见的种类包含发射药、推进剂、炸药、起爆药、烟火剂等。高氮含能化合物通常是指分子中的氮含量超过50%的化合物，其种类包括四嗪、高氮呋咱和三（四）唑等三类化合物，与常见的含能材料相比，具有较高的生成热、较好的起爆能力，易实现氧平衡[1]，且感度较常规含能材料低，不具有“能量高感度亦高”的常见规律[2]。这些特性使得对高氮含能化合物的研究在最近越来越受到重视，特别是其高能低感这一特性，在越来越重视安全性的今天是一个很关键的特性[3]。因此，高氮含能化合物必将成为含能材料领域的一个重要研究方向，目前的研究充分反映了其应用前景。但同时也存在着一些问题值得探讨研究，例如尽管相对于传统含能材料感度较好，它们依然无法克服传统类炸药中能量与感度及稳定性的本质矛盾，这要求对高氮含能化合物继续进行各个方面的探索。
由于作为理论化学核心手段的量子化学近年来有了飞速发展以及计算机技术的日益更新，理论化学在解决分子水平的化学问题时发挥越来越重要的作用。通过进行合理的分子设计和构思，进行各种静态、动态、单体、混合态以及气、固、液三相的理论计算，尤其对于易燃、易爆、危险、“禁试”乃至无法知道存在与否的各类高能化合物，量子化学计算更显得得心应手，所获得的信息量大，相对于实际实验操作，耗费人力、物力较少[4]。
2. 高氮含能化合物简介
2.1 四嗪化合物
“嗪”是对氮杂六元环的统称，目前还未见含氮量更高的五、六嗪的报道。最早被用作含能材料的四嗪化合物是1992年合成出来的3，6-二氨基-均-四嗪-1，4-氧化物(LAX112)[5]。鉴于LAX112性能较好，Los Alamos国家实验室的Michael A. Hiskey等人[6,7]对其进行了深入地研究，发现四嗪类化合物中含有亚肼基(—NHNH—)、偶氮(NN)、氧化偶氮(NN[O])等基团，对提高化合物生成焓有重要作用。由此，他们合成了许多四嗪衍生物，其中一个重要的化合物是3，6-双-[3，5-二甲基吡唑]-均-四嗪(BT)，以BT为前体，可以制得两种有潜力的化合物[7]：3，6-二肼基-均-四嗪和3，3-偶氮双[6-氨基-均-四嗪。同时，他们推断出可能存在两种新型的高氮含能化合物：3，3-偶氮双[6-苯基-均-四嗪]和3，3-偶氮双[6-(4-氯苯)-均-四嗪]。
2.2 高氮呋咱
高氮呋咱是呋咱中的一个小分枝，其中的（氧化）呋咱基团是一个非常有效的结构单元，它们不仅含氮量高，有正的标准生成焓和高密度，而且氧化呋咱可形成“潜硝基”的内侧环结构，属于分子内存在共振结构和/或分子间存在氢键而安定化了的化合物，是很有希望的含能材料。在呋咱类衍生物中,含硝基类的化合物要比其它类化合物具有更高的燃速,甚至超过了传统的含能材料（如HMX、RDX）[8]。二硝基氧化偶氮呋咱(DNOAF)具有较高的密度和能量,超过270℃时还具有良好的热稳定性[9]。作为新型含能材料,DNOAF不但具有高比冲的能量性质,且不含卤素,具有无烟或少烟的低特征信号性能。
2.3 三（四）唑
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