新型高能量密度材料(HEDM)的開發始終是一項艱巨的任務。目前，通常使用多氮雜環作為HEDM合成的基礎。在過去的幾十年中，雜環的功能化已經取得了很大的進步，并且已經合成了多種多樣的富含能量的衍生物，以用于各種場合。
多硝基籠狀結構是設計HEDM的另一條主線，但是幾乎沒有研究過將不同的爆炸性官能團引入籠狀分子中的研究。文獻中已經報道了系列的高能多硝基六氮雜異伍茲烷衍生物。多硝基六氮雜異伍茲烷烴骨架通常具有吸引人的特性，如高熱穩定性和密度。2,4,6,8,10,12-六硝基六氮雜異纖鋅礦型結構烷烴(CL-20)屬于該系列之一。在多硝基六氮雜異伍茲烷籠上摻入額外的爆炸基團將有助于獲得具有高能勢和其他有優勢的化合物。
俄羅斯科學院澤林斯基有機化學研究所的Parakhin等人，開展對多硝基六氮雜異伍茲烷官能團功能化的系統研究以及對這類化合物的結構-性質關系的研究。發現了系列高能衍生物1-4。從中可以看出，先前在多硝基六氮雜異伍茲烷籠上引入的官能團降低了生成焓。
生成焓是決定含能材料性能的關鍵物理化學參數之一，并且對推進劑配方的含能成分極為重要。Parakhin等人提出，可以通過在其結構中安裝吸熱單元(例如疊氮甲基部分)來增強多硝基六氮雜異伍茲烷體系的能量。N-疊氮基甲基是一種合適的分子基團，最近已被成功用于有前途的高能化合物的設計，以獲取極高的生成熱。
在這個工作中，作者首次報告了基于多硝基六氮雜異伍茲烷的高能N-疊氮基甲基化合物的合成和理化性質研究。該工作的主要挑戰是用疊氮甲基單元取代CL-20分子中的一個或兩個硝基，并研究這種變化對所合成材料性能的影響。結果表明，這些新化合物具有良好的熱穩定性和高密度，且具有高的正生成焓，最高可達2210 kJ/kg，比CL-20高1348 kJ/kg。
總而言之，作者首次合成并充分表征了帶有一個和兩個疊氮基甲基的多硝基六氮雜異伍茲烷的高能衍生物。其中的兩個化合物，即4-疊氮基甲基-2,6,8,10,12-五硝基六氮雜異伍茲烷11和4,10-雙(疊氮甲基)-2,6,8,12-四硝基六氮雜異伍茲烷13，應給予更多的研究關注。
在HEDM的設計中，N-疊氮基甲基的引入可以有效地調節多硝基籠骨架的性質，因為它的爆炸功能增強了分子的能量。根據燃燒量熱法測定，這些新化合物具有很高的正生成焓(+1570至+2210 kJ/kg)，不僅大大超過了所有常用的高能材料，而且比CL-20高出約2–2.5倍。因此，用CL-20中的N-疊氮基甲基取代其中的一個硝基可增加生成焓約320 kJ/mol。
這些材料的高生成焓以及高密度和耐熱性說明了六氮雜異伍茲烷中疊氮基甲基和硝基的組合所能提供的性能優勢。最后，目標化合物的性質使其有望成為固體火箭推進劑配方中的高能成分。
原文：Oleg A. Luk0yanov, Vladimir V. Parakhin, Nina I. Shlykova, Artem O. Dmitrienko,b Elizaveta K. Melnikova, Tatyana S. Kon’kova, Konstantin A. Monogarov and Dmitry B. Meerov. Energetic N-azidomethyl derivatives of polynitro hexaazaisowurtzitanes series: CL-20 analogues having the highest enthalpy. New J. Chem., 2020, 44, 8357.
