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美国等发达国家的研究表明，高氮含能化合物是最有希望的HEDM之一[4]。与传统的含能物质相比，四嗪、四唑和呋咱等含氮较高的含能化合物有较高正生成焓的原因是在其分子结构中含有大量N-N, C-N,N=N和C=N键，这使得其其化学潜能比较高。环中的氮、氧原子电负性较高，从而这些氮杂芳环的体系一般都能容易的形成与苯结构类似的大π键，使其具有钝感、热稳定的性质。除此之外，分子中较高的氮含量和较低的碳含量、氢含量使其更容易达到氧平衡，也使其密度较高，且分解产物大多数为友好型的产物，不会对环境造成任何污染。因此作为HEDM，在环境友好型炸药、火箭推进剂和民用烟火的方面具有十分诱人的前景。如果能够合成出分子中只含有单、双键的全氮化合物，那么它在完全分解为N2时放出的能量将非常巨大，新物质的威力至少是目前已合成的炸药的五倍以上[5-8]。 27657
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四嗪、四唑和呋咱等高氮含能化合物都是高氮含能材料，在低特征信号推进剂方面气体发生剂方面、枪炮发射药和高能炸药方面都具有很大的潜在优势, 该类物质早已成为含能材料研究的一个热点方向[9-12]。美国科学委员会[13]认为氮含量较高的氮杂环含能材料的成功合成标志着人们在高安全性、高能含能材料的上取得较大进步。论文网
四唑是除了呋咱类、四嗪之外的又一类重要的高氮含能材料, 四唑将偶氮基引入分子中不但能增加氮含量, 而且还能提其高生成焓[14-15]。偶氮四唑非金属盐和偶氮四唑金属盐相比, 非金属盐不仅感度低且不易吸湿[16-17]。与四嗪类化合物相比, 非金属盐含氮量高、爆轰性能更加优异、工艺更加简单、合成步骤明显减少、产率也得到了提高[14,18]; 与1, 1-二甲基-5, 5-偶氮四唑等偶氮四唑衍生物相比, 非金属盐的含氮量和生成焓都较高、而且合成工艺更简单、产率也更高[19]。其中大多数偶氮四唑非金属盐都具有含氮量高、生成焓高、生成气体量大、不易吸潮、感度低和降温好等特点[20-21], 是近年来国外研究较为广泛的含能材料。
偶氮四唑非金属盐主要通过偶氮四唑金属盐与相应的无机盐发生离子置换反应来制备。1998 年,Hiskey等[18]在用高锰酸钾溶液在碱性条件下把5-氨基四唑氧化成偶氮四唑钠盐或钾盐, 在浓氨水条件下,与氯化铵在30～35℃下反应制得了AZT, 产率达到了95%;与三氨基胍硝酸盐在80～90℃下反应制得了TAGZT,产率达到83% ; 与硝酸胍在80～90℃下反应制得了GZT, 产率达到了95%。此合成工艺简单, 产率较高。
2005 年, Hammerl等[22]将70℃左右的偶氮四唑钠盐的水溶液加入到叠氮基甲脒硝酸盐的水溶液中, 经冷却结晶、抽滤、洗涤、干燥操作后制得了偶氮四唑叠氮基甲脒( AFZT) ,产率为85%, 并通过该方法制得了偶氮四唑氨基胍盐( AGZT) , 且首次制得了偶氮四唑二氨基胍盐( DAGZT)。其中GZT和AGZTH在生产中能够快速结晶并产生易分离的沉淀, 但DAGZT和TAGZT却需要在- 5℃条件下冷却一段时间后才能进行结晶操作。AFZT和TAGZT在合成过程中具有较大的危险性, 操作要求较为苛刻，AFZT反应一完成就必须迅速过滤并进行洗涤, 而且要严格控制反应温度, 以免其发生自分解。由上文我们可知, 虽然偶氮四唑非金属盐在合成工艺、合成条件、产率方面都有较大的优势, 但其原料难得、反应过程较难控制, 且在合成过程中普遍存在较大的危险, 因此, 偶氮四唑非金属盐的合成放大实验有较大的困难。在偶氮四唑非金属盐的方面放大实验是难以解决的问题，该问题是目前偶氮四唑非金属盐合成的重要内容之一。国外正在进行GZT[23]和TAGZT[24]规模放大研究, 国内的国防科技大学[25-29] 、西安近代化学研究所和北京理工大学[30-31]也先后完成了千克级的实验室放大合成。