近些年,环状化合物因为密度大、张力高、爆轰时能释放出大量能量而愈发受到关注。氮杂五元环含能化合物因为具有高的正生成热、高能量、低感度和能量可控等优点,一直是新型高能量密度材料（HEDM）领域的研究热点。氮杂稠环类含能化合物作为兼具高爆轰性能与低感度的杂环化合物,展现出巨大的研究价值和应用前景。联唑类化合物也是近年发展起来的一类新型含能材料,具有高氮含量、高生成热、高爆轰性能和相对钝感等特性。当前含能化合物研究的首要目的是寻求具有高能量、低感度的新型化合物,实验研究具有周期长、效率低、耗资大、危险性高和不可预见性的特点,因此需要理论研究的支持。我们在高通量平台上对氮杂稠环类和联唑类多环衍生物进行分子设计,提前评估设计衍生物的性能,研究氮杂稠环类和联唑类化合物的结构与性能间关系,并筛选出潜在品优的HEDM候选物,为实验设计、合成提供理论依据。本文分别以三种氮杂稠环分子的基本骨架和两种联唑分子的基本骨架为母体,以硝基（-NO2）、氨基（-NH2）含氮高能基团为取代基,通过高通量平台以骨架和官能团（-NO2、-NH2）自动组装方式设计了三组（A、B、C系列）共96个氮杂稠环类含硝基衍生物和两组（A、B系列）共126个联唑类含硝基衍生物。运用Gaussian09程序,在DFT-B3LYP/6-31G（d）水平下系统研究了 96个氮杂稠环类含硝基衍生物,在DFT-B3LYP/6-311++G（d,p）水平下系统研究了 126个联唑类含硝基衍生物。对设计衍生物的几何结构进行全优化、振动频率进行分析,计算结果表明所有设计衍生物无虚频,为势能面上的稳定结构。采用原子化方案计算了目标衍生物的生成热,发现这些衍生物具有高的正生成热,并且分子中含氮量越高,化合物的生成热越大。根据计算所得的撞击感度（h50）可知,大部分衍生物都具有很低的感度。采用Politzer的方法计算了设计衍生物的密度,并运用Kamlet-Jacobs方程预测了爆速和爆压,发现硝基取代的化合物具有更高的爆轰性能。以上计算的目标衍生物的各性能均为分子设计提供了定量依据。此外,对衍生物分子的结构和性能进行了较为系统的研究,探讨了各性能与分子骨架结构、取代基类型、数量和配置的规律性关系,为相关研究提供参考。与传统含能化合物RDX及HMX作对比,基于密度、爆轰性能以及感度的综合分析,从氮杂稠环类设计衍生物中得到7种潜在的品优高能量密度材料（HEDM）候选物,从联唑类设计衍生物中得到8种性能较为优良的化合物可作为潜在HEDM候选物。本文为氮杂稠环类含硝基化合物和联唑类含硝基化合物提供了大量的基础研究数据,归纳总结了有价值的结构-性能间关系,为高能低感多环类化合物的实验合成和应用提供了一定的参考。