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高氮杂环含能化合物具有较高的能量密度、较好的分子稳定性、较低的感度以及较优的爆轰性能,受到了研究者的广泛的关注。本论文主要包括三种高氮杂环含能化合物3,4-双(3’-硝基呋咱-4’-基)呋咱(BNTF)、3-(4-氨基呋咱基-3-)-4-(4-硝基呋咱基-3-)呋咱(ANTF)以及1-氨基-3-硝基-5-(5-氨基-3-硝基-1,2,4-三唑-1-基)-1,2,4-三唑(DANBT)的合成研究,具体工作如下:(1)以3,4-双(3’-氨基呋咱基-4’-)氧化呋咱(BAFF)为原料,经还原剂二氯化锡还原脱去配位氧,得到中间体3,4-双(3’-氨基呋咱基-4’-)呋咱(BATF),再通过氧化体系50%H2O2/浓硫酸/Na2WO4·2H2O氧化合成了3,4-双(3’-硝基呋咱-4’-基)呋咱(BNTF)。用红外(IR)、质谱(MS)、核磁13C NMR及元素分析法表征了BNTF结构。采用甲醇溶剂挥发法培养了BNTF的单晶,采用四圆单晶X射线衍射仪测试并解析得到了BNTF晶体结构:BNTF属于正交晶系,空间群为P212121,a=7.1261(10)?,b=9.7706(13)?,c=15.223(2)?,Z=4,Dc=1.856 g/cm3。采用示差扫描量热法(DSC)初步测试了BNTF热性能,熔点为84°C。获得了制备BNTF的较优工艺条件:反应温度35°C,反应时间2 h,n(BATF):n(50%H2O2):n(H2SO4):n(Na2WO4·2H2O)=1:50:40:1,产率为89.3%。(2)以3,4-双(3’-氨基呋咱基-4’-)呋咱(BATF)为原料,经30%H2O2/浓硫酸/Na2WO4·2H2O体系氧化合成了3-(4-氨基呋咱基-3-)-4-(4-硝基呋咱基-3-)呋咱(ANTF)。用红外(IR)、质谱(MS)、核磁13C NMR和元素分析表征了ANTF结构。采用无水乙腈溶剂挥发法培养了ANTF的单晶,经四圆单晶X射线衍射仪测试并解析得到了ANTF晶体结构:ANTF属单斜晶系,P21/c空间群,晶体学参数为:a=6.6226(9)?,b=26.294(2)?,c=6.5394(8)?,Z=4,Dc=1.785 g/cm3。采用DSC测试了ANTF热性能,熔点为101°C,分解峰温为298.6°C。获得了制备ANTF的较优工艺条件:反应温度25°C,反应时间4 h,n(BATF):n(30%H2O2):n(H2SO4):n(Na2WO4·2H2O)=1:16:16:1,产率为55.1%。(3)考虑到与5-氨基-3-硝基-1,2,4-三唑(ANTA)1位氮相连的氢容易被亲核取代,而与1-氨基-3,5-二硝基-1,2,4-三唑(ADNT)5位碳相连的硝基容易被亲电取代,因而在性条件下,以ANTA与ADNT为原料,经过亲核取代反应合成1-氨基-3-硝基-5-(5-氨基-3-硝基-1,2,4-三唑-1)-1,2,4-三唑(DANBT)。用MS、IR及元素分析法对化合物DANBT进行了结构表征。采用DSC测试了DANBT的热性能,其熔点为221.8°C,分解温度291.8°C。获得了制备DANBT的较优工艺条件:反应温度56°C,反应时间4 h,n(ANTA):n(ADNT)=1.1:1,产率为50%。(4)采用DSC研究了ANTF在不同升温速率条件下的热分解动力学,确定了升温速率接近于0°C,ANTF的热分解温度为247.6°C,表观活化能Ea=114.25 kJ·mol-1;测试了BNTF的撞击感度;运用量子化学方法理论计算了BNTF、ANTF及DANBT的爆轰性能。