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多硝基氮杂环丁烷因其紧凑张力的四元杂环结构使该类化合物具有很高的能量，从而成为一类重要的高能量密度材料，可作为高能炸药、推进剂和炮用发射药的组成成分。在这些多硝基氮杂环丁烷中，1,3,3-三硝基氮杂环丁烷是最有应用前景的高能量密度材料之一。因此开展对该类化合物的合成和性能研究具有十分重要的理论和实际意义。 本文从应用的角度出发，在专利文献的基础上，通过对反应条件的改变和优化首先合成出N-乙酰基3,3-二硝基氮杂环丁烷（ADNAZ），然后采用自行设计的新路线合成得到3,3-二硝基氮杂环丁烷（DNAZ），再以3,3-二硝基氮杂环丁烷为原料，合成出1,1’-亚甲基-重-(3,3-三硝基-1-氮杂环丁烷（DNAZ-CH2-DNAZ），最后通过三条途径合成出1,3,3-三硝基氮杂环丁烷（TNAZ）。四个化合物和各中间体的结构通过红外、核磁共振谱等得到了确认和验证。 为了从分子水平考查多硝基氮杂环丁烷的结构和性能的关系，在HF／6-31G**水平上，用自然键轨道方法（NBO）对TNAZ，DNAZ，ADNAZ，DNAZ-CH2-DNAZ和DNAZ-DNAZ五种化合物的分子几何构型和电子结构进行了计算，得到了其最优化几何结构参数。另外在B3LYP／6-31G*水平上，计算了前四个标题物的比冲，发现DNAZ-CH2-DNAZ的比冲比奥克托今更大，因此DNAZ-CH2-DNAZ有可能成为是一种很好的推进剂。 采用裂解色谱-质谱、差示扫描量热术、热重分析、真空安定性实验、小药量热爆炸临界温度测定仪等对TNAZ的热性质进行了研究，并测试了TNAZ的撞击感度和摩擦感度。 TNAZ作为新型高能炸药在国外得到了应用，而国内对TNAZ的合成和性能的研究很少。因此本论文工作对于推动TNAZ在我国今后高能坦克等新武器系统所需的高能炸药配方应用方面有着积极的作用。