基于[5,6,5]三环骨架的三胺平面结构：高稳定性耐热富氮含能化合物的设计与合成

针对传统耐热含能化合物能量不足的瓶颈，研究人员通过π共轭和氢键网络稳定化策略，设计出基于[5,6,5]三环骨架的富氮化合物5。该材料兼具高热稳定性（Td 302°C）、低机械敏感性（IS>40 J）和优异爆速（7760 m·s?1 ），为极端环境应用提供了新型候选材料。

　　

在航空航天和深井爆破等极端环境应用中，传统苯环基耐热含能材料如HNS和TATB面临能量密度不足的挑战。这类化合物虽具有300°C以上的热稳定性，但其爆速普遍低于7000 m·s^?1
，且密度多低于1.7 g·cm^?3
。更棘手的是，分子稳定性和能量释放效率往往呈负相关，这成为含能材料设计的"跷跷板难题"。近年来，通过引入氮杂环和氨基修饰的[5,6,5]稠环骨架被视为突破方向，但如何精确调控分子平面性和弱相互作用占比仍是未解之谜。

南京理工大学的研究团队在《Materials Today Chemistry》发表的研究中，创新性地采用三胺修饰策略，以2-氨基-2H-1,2,3-三唑-4,5-二腈为前体，通过肼解环化构建了2,4,7-三氨基-[1,2,4]三唑并[4,3-b][1,3]三唑并[4,5-d]哒嗪（化合物5）。研究结合单晶X射线衍射（SCXRD）和密度泛函理论（DFT）计算，系统分析了π共轭面积与分子稳定性的构效关系，并测试了系列高氯酸盐衍生物（化合物4和6）的极端条件适应性。

关键技术包括：1）基于肼解环化的[5,6,5]三环骨架构建；2）SCXRD解析晶体堆积模式；3）DFT计算弱相互作用占比；4）差示扫描量热法（DSC）测定分解温度；5）BAM法测试机械感度。

Results and discussion
通过单晶结构解析发现，化合物5的平面分子内存在N-H···N型氢键网络，其弱相互作用占比超60%，这解释了其302°C的高热稳定性。对比衍生物4（185°C）和6（263°C），三胺修饰使π共轭面积扩大23%，分子平面畸变角减小至1.8°。爆轰性能测试显示，尽管密度仅1.68 g·cm^?3
，但得益于N-N高能键（占总键数42%）和3.15 kJ·g^?1
的生成焓，其爆速达7760 m·s^?1
，显著优于HNS（7000 m·s^?1
）。

Conclusions
该研究证实[5,6,5]三环骨架通过三胺修饰可同时实现"能量-安全"协同提升：氨基数量与氢键密度呈线性相关（R²
=0.94），每增加一个氨基可使T_d
提高约25°C。化合物5的机械感度（IS>40 J）达到军用标准UN-3A级，其合成产率高达78%，具备工业化潜力。这项工作为设计"耐热-高能"双功能材料提供了新范式，特别适用于需要承受300°C以上工作温度的航天推进剂和深地勘探装药系统。