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呋咱具有较好的稳定性,结构中的氧元素利于改善氧平衡,有两个活性可修饰位点,可通过引入不同基团合成不同性能的化合物,满足不同的应用需求。因此,呋咱类化合物在产气剂方面有着广泛的应用前景。本文基于呋咱类化合物做了如下研究:(1)基于密度泛函理论在B3LYP/6-311++g**水平下设计和优化了 3-氨基-4-氰基呋咱、3-氨基-4-(5-四唑基)呋咱和3-硝基-4-(5-四唑基)呋咱三种呋咱类化合物的几何结构,计算了电子结构和分子轨道,进行键级分析,理论上评价了三种分子的稳定性,预测了分解机理。计算了三种分子的标准摩尔生成焓,估算了三种分子的爆轰性能参数。其中3-硝基-4-(5-四唑基)呋咱的性能最优,具有较高的正生成焓(256.32 kJ mol-1)-和较好的氧平衡(-30.60%),理论爆速为7838.17 m s-1,爆压为27.32 GPa。(2)在B3LYP/6-311++g**水平下,运用传统的过渡态理论,探索了 3-氨基-4-(5-四唑基)呋咱和硝基-4-(5-四唑基)呋咱的合成机理,确定了最优反应路径。在MP2/cc-pVTZ水平下对各驻点进行能量校正,并计算了关键步骤的反应速率,从而得到反应的动力学参数。合成3-氨基-4-(5-四唑基)呋咱的反应中,在回流温度下对反应所需催化剂和反应时间的优化是尤为重要的;在合成3-硝基-4-(5-四唑基)呋咱的反应中,合理控制反应温度、优选硝化试剂是优化合成3-硝基-4-(5-四唑基)呋咱的关键。(3)在GGA-PBE/DNP水平下优化了 3-硝基-4-(5-四唑基)呋咱的周期性结构,分析了 3-硝基-4-(5-四唑基)呋咱分子的电子布居、能带结构、电子态密度,计算了热动力学参数。理论评价了 3-硝基-4-(5-四唑基)呋咱的稳定性,推测了其分解机理。(4)在理论研究的基础上合理地优化了 3-硝基-4-(5-四唑基)呋咱的合成方法,提高了反应产率。首次解析得到3-硝基-4-(5-四唑基)呋咱的单晶结构。制备了 3-硝基-4-(5-四唑基)呋咱铷和3-硝基-4-(5-四唑基)呋咱铯两种含能离子盐,解析得到两种盐的单晶结构。采用红外、核磁、元素分析、X-射线粉末衍射进一步表征了 3-硝基-4-(5-四唑基)呋咱及其两种离子盐粉晶样品。采用TG-DSC分析研究了 3-硝基-4-(5-四唑基)呋咱及其两种离子盐的热稳定性,测试了三者的爆炸性能。三种物质均为高能钝感化合物,其中3-硝基-4-(5-四唑基)呋咱及其铷盐能量释放集中,在产气剂方面有着潜在的应用价值。