咪唑桥连唑类含能化合物的合成与性能研究进展

刘亚静，赵宝东，汪营磊，高福磊，刘卫孝，陈 斌

（西安近代化学研究所，陕西 西安 710065）

1 引言

含能材料是火炸药技术的重要组成部分，是武器系统的动力源和毁伤威力源，其能量水平直接决定武器装备的毁伤、打击能力［1-6］。为满足高新武器装备研制和更新换代对新型高能清洁材料的迫切需求，适应新形势下国防现代化逐步深入与作战环境日益复杂化的发展，开发高能量及良好热稳定性的新型富氮含能化合物成为含能材料领域的重要发展方向［7-13］。

唑类氮杂环化合物是高能富氮含能材料的重要组成部分，分子结构中大量C—N 键、C＝N 键、N—N 键和N＝N 键赋予其较高的生成焓，致密的结构也使其具有较高的密度，而高氮低碳氢含量的组分特点使得燃烧分解的气体产物以N2和H2O 为主，易于实现燃气清洁；且分子中类苯结构的离域大π 键赋予其优良的热稳定性和钝感等特点［10-18］。但是，随着唑环中氮原子数目的增加，其氮含量和环张力逐渐升高，热稳定性和安全性也随之降低。由Scheme 1 可知，与吡唑、1，2，4⁃三唑、1，2，3⁃三唑、四唑等氮杂环相比，咪唑环具有优越的热稳定性，因其良好修饰性和适当环张力，还可以在其分子骨架上引入不同的含能基团和修饰基团实现对能量、安全等综合性能的调控［19-21］，因而咪唑基含能化合物是目前良好热稳定性、高能量水平含能材料的重要研究方向之一。

目前，广泛研究和报道的1，4⁃二硝基咪唑，2，4⁃二硝基咪唑，2，4，5⁃三硝基咪唑和1⁃甲基⁃2，4，5⁃三硝基咪唑等单环咪唑化合物，虽然具有良好的热稳定性和安全性能，但其氮含量和能量水平难以满足新形势下对含能化合物的高氮含量和高能量水平的应用需求［13，22-23］。另一方面，含有两个或两种氮杂环结构的双环唑类化合物比传统单环唑类化合物具有更小的偶极矩、更加紧密的分子空间排布和更多的修饰位点，对提升氮含量和能量水平、降低感度和提高堆积密度均有积极的促进作用［24-31］。同时，国内外学者利用含有多个吸电含能基团的咪唑含能化合物中N—H 的可反应性，与多氨基碱性化合物反应，通过对含能化合物中阴阳离子的官能化修饰，制备出综合性能优良的含能离子盐，所得含能离子盐具有蒸汽压低、热稳定性高、敏感度低、环境友好等优点［28，32⁃33］，不仅能够扩大含能化合物的种类，且可以满足不同的火炸药配方设计及研制需求。

因此，本文围绕着联咪唑、咪唑联三唑、咪唑联四唑等咪唑桥连双环唑类含能化合物及其离子盐的合成、性能及应用基础等方面进行综述，梳理出近年来国内外在咪唑桥连双环唑类化合物研究方面取得的进展，指出在单一咪唑环上引入富氮的含能基团、连接基团和离子盐在保证安全性的同时不能兼顾高能量和高氮含量，而基于咪唑联三唑或咪唑联四唑骨架构建新型高氮高能化合物是获得高氮含量、高能量和良好安全性相协调的咪唑桥连双环唑类含能化合物的有效策略，以期为从事高氮高能化合物及新型高能清洁火炸药的设计、合成及应用等相关研究者提供参考。

Scheme 1 Structures of N⁃methyl nitroazoles and their decomposition temperatures［19-21］

2 双环咪唑类含能化合物

2.1 单键连接的双环咪唑类含能化合物

2.1.1 4，4′，5，5′⁃四硝基⁃2，2′⁃联咪唑的合成

4，4'，5，5'⁃四 硝 基⁃2，2'⁃联 咪 唑（6，TNBI，见Scheme 2）的 密 度 为1.80 g·cm-3，热 分 解 温 度 为290 ℃，生成热232 kJ·mol-1，理论爆压为27.6 GPa，理论爆速为7840 m·s-1，撞击感度5.7 J，摩擦感度351 N，具有热稳定性良好、能量水平中等和机械感度较为钝感等特点［34］，是目前研究较为广泛的联咪唑类含 能 化 合 物［12，29-31，35］。TNBI 的 传 统 合 成 方 法［36］是 以2，2'⁃联咪唑为原料，在80～90 ℃下通过浓硫酸/硝酸钠体系的硝化反应而得到，但该方法具有反应温度较高、反应时间较长、收率较低等缺点，并且由于需要加入硝酸钠固体，放热量大，操作困难。

2012 年，中国科学院过程工程研究所的李春山等［37］报道了硝硫混酸制备TNBI 的方法（Scheme 2a）：将2，2'⁃联咪唑于室温溶于95%以上的浓硫酸中，升温至45～55 ℃，再滴加硝硫混酸，于50～60 ℃反应8 h，之后将反应液用水稀释、过滤得TNBI，最高收率可达48%，该方法中避免了硝酸钠的使用，且降低了反应温度。2013年，Cho等［32］通过在浓硫酸/硝酸钠体系中加入催化剂量的尿素改进了传统合成工艺（Scheme 2b），以乙二醛为原料，在80～90 ℃下反应4 h，然后在室温下搅拌过夜，收率为32%，在一定程度上缩短了高温反应时间。2014 年，西安近代化学研究所的李亚南等［38］以80%硝酸/浓硫酸体系代替硝酸钠/尿素/浓硫酸体系，45 ℃反应4 h，收率51.7%，纯度99.2%，该工艺中反应过程温和平稳，进一步降低了反应温度、缩短了反应时间和提高了反应收率（Scheme 2c）。

Scheme 2 Synthetic methods of TNBI［32，37-38］

2.1.2 4，4′，5，5′⁃四硝基⁃2，2′⁃联咪唑的含能离子盐

由于TNBI 具有较强的酸性和吸水性，在常规储存条件下以水合物形式存在，而将去质子化的TNBI 阴离子制备成含有不同阳离子的含能离子盐，能够增强其化学稳定性和热稳定性［39-41］。因此，各国含能材料研究者相继开展了TNBI 金属盐及富氮含能离子盐的合成及性能研究。

2.1.2.1 金属盐

TNBI 金属盐主要为文献［21，42］报道的钠盐、钾盐、银盐和铯盐（7～11），其合成路线如Scheme 3 所示。其中，TNBI 的钾盐（9）［21］的撞击感度高于40 J，摩擦感度高于240 N，具有较为钝感的机械感度；而TNBI 的铯盐（11）［42］的晶体密度为2.893 g·cm-3，热分解温度大于314 ℃，撞击感度为9 J，摩擦感度为192 N，具有优良的热稳定性和较为钝感的摩擦感度，可作为硝酸铯的替代物应用于近红外烟火领域。

2.1.2.2 有机胺盐

文献报道的TNBI 的有机胺盐主要包括铵盐（12）和肼盐（14）［43］，羟胺盐（13）、胍盐（15）、氨基胍盐（16）、二氨基胍盐（17）和三氨基胍盐（18）［21］，脒基脲盐（19）［44］和氨基甲酰肼盐（20）［45］，具体结构见Scheme 4，相关性能数据列于表1。

Scheme 3 Synthetic routes of TNBI metal salts［21，42］

Scheme 4 Organic amine salts of TNBI［21，43-45］

表1 TNBI 及其有机胺盐含能离子盐的性能数据Table 1 Properties data of TNBI and its energetic salts

其中，TNBI 的铵盐（12）和肼盐（14）［43］的密度分别 为1.81 g·cm-3和1.79 g·cm-3，理 论 爆 压 分 别 为30.9 GPa 和30.0 GPa，理论爆速分别为8471 m·s-1和8477 m·s-1，而12 的撞击感度高于24 J、14 的撞击感度为12 J，爆轰性能和撞击感度均比TNBI 有所改善；羟胺盐（13）［21］在提升爆轰性能的同时，其热稳定性下降明显；而胍盐（15）［21］的热分解温度为328 ℃，撞击感度高于40 J，在保持爆轰性能的同时，较大幅度地改善了热稳定性和机械感度；与胍盐（15）相比，氨基取代胍盐（16～18）［21］随着氨基取代数目的增加，氮含量和生成焓逐步提升，但其热稳定性逐渐降低、撞击感度也愈发敏感。除此之外，TNBI 的脒基脲盐（19）［44］和氨基甲酰肼盐（20）［45］除了氮含量比TNBI 略有提升外，密度、热稳定性和爆轰性能均明显下降。

2.1.2.3 唑盐

现有文献报道中，TNBI 主要的二唑盐、三唑盐及四唑盐的具体结构见Scheme 5，相关性能数据见表1。其中，TNBI 的二唑盐主要包括咪唑盐（21）、1⁃甲基咪唑盐（22）、吡唑盐（23）、3⁃氨基吡唑盐（24）和2，2'⁃联咪唑盐（25）［34］。与TNBI 相比，其二唑盐的氮含量和生成焓均有所提升，并且具有更加钝感的撞击感度，但其密度降低幅度明显；除了双阳离子二唑盐25 以外，21～24 等单阳离子二唑盐的热稳定性和爆轰性能均有不同程度的下降。

Scheme 5 Azole salts of TNBI［34，44，46-47］

TNBI 的三唑盐主要包括1，2，4⁃1H⁃三唑盐（26）、1，2，3⁃2H⁃三 唑 盐（27）、5⁃氨 基⁃1，2，4⁃1H⁃三 唑 盐（28）、3，5⁃二氨基⁃1，2，4⁃1H⁃三唑盐（29）等单阳离子型三唑盐［34］，以及5，5'⁃（1，2⁃乙烯基）⁃双（3，4⁃二氨基⁃4H⁃1，2，4⁃三 唑）盐（30）［46］和 双（3，4⁃二 氨基⁃4H⁃1，2，4⁃三唑）盐（31）［47］等双阳离子型三唑盐。与TNBI 相比，其三唑盐在氮含量、生成焓（31 除外）和机械感度方面有较大幅度的改善；并且，双阳离子型三唑盐保持了较好的热稳定性，而其单阳离子型三唑盐热稳定性下降明显；此外，两种双阳离子型三唑盐相比，将两个三唑环以碳碳双键相连比以碳碳单键相连能够获得更高的生成焓和更优的爆轰性能。

TNBI 的 四 唑 盐 主 要 包 括5⁃氨 基⁃1H⁃四 唑 盐（32）［44］和TNBI 的1，5⁃二氨基⁃1H⁃四唑盐（33）［34］。其中，TNBI 的四唑盐33 的氮含量为54.47%，密度为1.76 g·cm-3，热分解温度为178 ℃，理论爆压和爆速分别为29.9 GPa 和8638 m·s-1。与TNBI 相比，TNBI的四唑盐在氮含量、生成焓和撞击感度方面有大幅改善，但密度和热稳定性下降也较为明显。另外，与四唑盐32 相比，四唑盐33 的四唑环上1⁃氨基的引入则使其获得优于TNBI 的爆轰性能。

2.1.3N⁃取代的TNBI 衍生物及其含能离子盐

Scheme 6 Synthetic routes of bisimidazole compound 35［21，48］

1，1'⁃二 甲 基⁃4，4'，5，5'⁃四 硝 基⁃2，2'⁃联 咪 唑（35，Scheme 6）的热分解温度为258 ℃，撞击感度高于40 J，摩擦感度高于292 N，与TNBI 相比，分子结构中N⁃甲基的引入极大地改善了其机械感度，是一种热稳定性良好、钝感的含能化合物［21］。2006 年，Breiner等［48］报道了两种制备化合物35 的方法：方法一，通过1，1'⁃二甲基⁃4，4'⁃二硝基⁃2，2'⁃联咪唑（34）与硝硫混酸在80 ℃的硝化反应制备化合物35，产率可达60%，但该方法无法避免三硝基联咪唑副产物的生成（Scheme 6a）；方法二，通过TNBI 铵盐（12）与硫酸二甲酯在70 ℃下的甲基化反应制备，该方法中反应过程平稳顺利，产率可达75%，并且反应温度高于70 ℃时产率下降（Scheme 6b）。另一方面，Klapötke等［21］则于2012年报道了通过TNBI钾盐（9）与2.5 倍摩尔当量的硫酸二甲酯在乙腈和N，N⁃二甲基甲酰胺混合溶剂中回流12 h制备化合物35的方法（Scheme 6c），产率高于60%。

2016年，Yin等［19，49］通过水相反应、硝化反应和氨化反应制备了1，1'⁃二氨基⁃4，4'，5，5'⁃四硝基⁃2，2'⁃联咪唑（36，Scheme 7），其 氮 含 量 为40.7%，密 度 高 达1.93 g·cm-3，理 论 爆 压 和 爆 速 分 别 为36.6 GPa 和9012 m·s-1，撞击和摩擦感度分别为15 J 和160 N，是一种能量水平接近HMX、感度略优于RDX的含能化合物。

由表2 可知，与1⁃氨基4，5⁃二硝基咪唑（38）［20］相比，化合物36 分子结构中将两个咪唑环通过碳碳单键连接，获得了更致密的结构，并且引入了更多含能基团，因此在密度、生成焓、能量特性方面均有大幅度提升；与TNBI 相比，化合物36 中N⁃氨基的引入在保证良好安全性的同时，极大地提升了能量水平；而1，1'⁃二氨基⁃4，4'⁃二硝基⁃2，2'⁃联咪唑（39，Scheme 7）［20］的密度为1.75 g·cm-3，理论爆压和爆速分别为25.6 GPa和7939 m·s-1，因此化合物36 中5⁃硝基的引入使其获得更致密的分子结构和更高的爆轰性能。此外，Yin等［19，49］还通过N⁃氨基的硝化反应获得了1，1'⁃二硝胺基⁃4，4'，5，5'⁃四硝基⁃2，2'⁃联咪唑（37，Scheme 7），密度为1.94 g·cm-3，理论爆压和爆速分别高达40.1 GPa 和9350 m·s-1，进一步提升了联咪唑类化合物的能量水平。

Scheme 7 Synthetic route of bisimidazole compounds 36 and 37 as well as their analogues［19-20］

表2 咪唑基化合物35～48 的性能数据Table 2 Properties of imidazole based compounds 35-48

另一方面，为了改善和提升1，1'⁃二硝胺基⁃4，4'，5，5'⁃四硝基⁃2，2'⁃联咪唑（37，Scheme 7）的机械感度和氮含量水平，其铵盐、肼盐、羟胺盐、唑类盐、胍类盐等含能离子盐（40～48，Scheme 8）［19］也被研究报道。由表2 可知，其1，5⁃二氨基四唑盐（44）的氮含量为53%，生成焓高达1554 kJ·mol-1，摩擦和撞击感度分别为5 J 和60 N，氮含量水平、生成焓和机械感度均比化合物37 改善明显，但爆轰性能有所下降。虽然化合物37 的含能离子盐对其氮含量水平和机械感度有不同程度的改善，但是密度和能量水平也有较为明显的下降，并且多硝基咪唑类含能离子盐存在吸湿和酸碱性问题，限制了其应用。

Scheme 8 Energetic salts of bisimidazole compound 37［19］

2.2 双键连接的双环咪唑类含能化合物

2014 年，Yin 等［50］通过N⁃氨基咪唑衍生物上的氨基氧化耦合反应，制备了一系列以偶氮基桥连的联咪唑 类 化 合 物（Scheme 9），其 中1，1'⁃（1，2⁃二 氮 烯基）⁃双（4，5⁃二硝基咪唑）（51）的密度为1.79 g·cm-3、理论爆压为35.1 GPa、理论爆速为8932 m·s-1，具有和RDX 相当的爆轰性能和机械感度。而1⁃氨基⁃4，5⁃二硝基咪唑（38）［20］的密度为1.72 g·cm-3、理论爆压为28.7 GPa、理论爆速为8137 m·s-1，因此通过N⁃氨基氧化耦合反应将两分子N⁃氨基咪唑化合物以偶氮基桥连，可以较大幅度地提升其密度和爆轰性能，但提升幅度劣于其碳碳单键桥连的对应物36［19］。

综上，以单键、双键连接的双环咪唑类化合物，均比对应的单环咪唑化合物具有更好的热稳定性和机械感度，更高的密度和爆轰性能，能够实现能量与安全的较好协调。但是，在确保安全性的基础上如何提高氮含量便成为双环咪唑类高氮高能化合物发展的重要制约因素。

综合分析现有文献，实现该途径的方法可归纳为以下三种：一，将叠氮基等富氮含能基团引入咪唑，如化合物53［50］，虽实现了氮含量和生成焓一定程度的提升，但也带来热稳定性和安全性的下降；二，以偶氮基等富氮连接基团将两个咪唑环键合，如化合物50 和51［50］，其感度与RDX 相当，其密度和爆轰性能虽与单环咪唑对应物相比均有所提升，但能量水平与HMX还有一定差距；三，将咪唑基含能化合物（如能量水平与HMX 相当的化合物36［19］）离子化获得其富氮含能离子盐，如化合物43 和46［19］，虽然获得了更高的氮含量和略优于RDX 的机械感度，但其密度和爆轰性能下降明显，并且多硝基咪唑类含能离子盐存在吸湿和酸碱性问题，限制了其应用。因此，在单一咪唑环上引入富氮的含能基团、连接基团和离子盐在保证安全性的同时尚未实现高能量和高氮含量的兼顾。

Scheme 9 Synthetic route of azo⁃bridged imidazole energetic compounds 50⁃53［50］

3 咪唑联三唑及咪唑联四唑类含能化合物

3.1 咪唑联三唑类含能化合物

2009 年，Duddu 等［51］深 入 研 究 了1⁃甲 基⁃2，4，5⁃三硝基咪唑（54）的亲核取代反应，发现在1⁃位取代的情况下，5⁃位硝基最为活泼，将其与3⁃硝基⁃1，2，4⁃三唑的钾盐反应获得了咪唑联三唑型化合物5⁃（3⁃硝基⁃1，2，4⁃三唑）⁃1⁃甲基⁃2，4⁃硝基咪唑（55，Scheme 10），该化合物的氮含量为39.44%，氮氧含量为73.22%，热分解温度大于190 ℃，氮含量略低，但氮氧含量和热稳定性较高。

Scheme 10 The preparation of 55 from 54［51］

Shreeve 课 题 组［52］以1⁃甲 基⁃2⁃甲 磺 酰 基⁃4⁃硝 基咪唑为起始原料，如Scheme 11 所示，报道合成了1⁃甲基⁃（1，2，4⁃三唑⁃4⁃鎓⁃4⁃基）⁃4⁃硝基咪唑的硝酸盐（58a）和高氯酸盐（58b），以及1⁃甲基⁃（4⁃甲基⁃1，2，4⁃三唑⁃4⁃鎓⁃4⁃基）⁃4⁃硝基咪唑的硝酸盐（59a）和高氯酸盐（59b）。其中，咪唑联三唑含能离子盐以高氯酸根作为阴离子可获得更好的氧平衡和热性能及更高的密度，比如硝酸盐59a 和高氯酸盐59b 的氧平衡分别为-79.65%和⁃62.31%，热分解温度分别为145 ℃和282 ℃，密度分别为1.57 g·cm-3和1.65 g·cm-3。

Scheme 11 Synthetic route of energetic salts 58 and 59［52］

3.2 咪唑联四唑类含能化合物

2009 年，Joo 等［53-54］探究了以叠氮化氰与伯胺和亚胺反应构建四唑环，如Scheme 12 所示，以1⁃丁基咪唑（60）和1⁃（3⁃氨基⁃1⁃丙基）⁃咪唑（61）为原料与叠氮化氰反应分别获得了5⁃（1⁃丁基⁃咪唑⁃3⁃鎓⁃3⁃基）⁃四唑（62）和5⁃（1⁃（3⁃（5⁃氨基⁃四唑基⁃1⁃基）丙基）⁃咪唑⁃3⁃鎓⁃3⁃基）四 唑（63），氮 含 量 分 别 为43.72% 和58.98%，氧平衡分别为-183.12%和-131.67%，熔点分别为163 ℃和288 ℃。因此，化合物63 中烷基端位的5⁃氨基四唑对于氮含量、氧平衡和热稳定性的提升十分明显，但研究者并未对其能量性能进一步研究。

Scheme 12 Synthetic route of energetic salts 62 and 63［53-54］

4，5⁃二（1H⁃四唑⁃5⁃基）⁃1H⁃咪唑（64，Scheme 13a）的氮含量高达68.61%，是一种结构新颖的咪唑高氮化合物［55］；而Guo 等［56］于2009 年发现化合物64 的晶体中具有丰富的氢键作用，预示着该化合物具有较好的热稳定性。2013 年，西安近代化学研究所的毕福强等［57］优化了化合物64 的合成工艺（Scheme 13a），收率可达94.6%，并通过DSC 和TG/DTG 技术研究其热分解行为，还通过非等温DSC 技术研究其热分解动力学。研究发现，化合物64 的热分解温度高达325 ℃，高 于4，5⁃二（1H⁃四 唑⁃5⁃基）⁃1，2，3⁃2H⁃三 唑（Td＝277 ℃）［25］，而其临界爆炸温度为556.38 K，高于RDX的487.90 K，表明其热稳定性优于RDX。

2017 年，西安近代化学研究所的王伯周课题组［58］以二氨基马来腈为起始物，经缩合反应和环化反应将三氟甲基引入化合物64，自主设计合成了具有咪唑、四唑与三氟甲基结构的新型含能化合物2⁃三氟甲基⁃4，5⁃二（1H⁃四 唑⁃5⁃基）⁃咪 唑（65，Scheme 13b）。研究发现，化合物65 的氮含量为51.47%，氧平衡为-70.6%，密 度 为1.80 g·cm-3，热 分 解 温 度 为223.7℃，生成焓为90 kJ·mol-1，理论爆压和爆速分别为20.9 GPa 和6866 m·s-1，在低特征信号推进剂或气体发生剂等领域具有潜在的应用前景。

Scheme 13 Synthetic route for compounds 64-67［57-59］

此外，2014 年，Srinivas 等［59］以2⁃氨 基⁃4，5⁃二氰基咪唑为起始物，如Scheme 13c 所示，经两种四唑环的构建方式获得了2⁃氨基⁃4，5⁃二（四唑⁃5⁃基）咪唑（66）和2⁃（四唑⁃1⁃基）⁃4，5⁃二（四唑⁃5⁃基）咪唑（67），其氮含量分别高达70.3%和72.1%，热分解温度分别为227 ℃和179 ℃，生 成 热 分 别 为602 kJ·mol-1和985 kJ·mol-1，理论爆压分别为16.86 GPa和19.97 GPa，理论爆速分别为6330 m·s-1和6810 m·s-1，是一类具有较高氮含量水平的咪唑联四唑化合物，通过后续的结构修饰可进一步提升能量水平。

因此，在咪唑联三唑及咪唑联四唑类含能化合物中，将两种氮杂环结构通过C—C 键或C—N 键进行键合的联唑类化合物往往可以兼具两种氮杂环母体结构的骨架特点。由化合物65～67［58-59］可知，将咪唑环经C—C 键与四唑环进行键合获得咪唑联四唑含能骨架，可以兼具咪唑环的良好化学修饰性、热稳定性和四唑环的高氮含量、高生成焓。因此，基于咪唑联三唑或咪唑联四唑含能骨架构建新型高氮高能化合物是实现咪唑桥连双环唑类含能化合物高能量和高氮含量兼顾的有效策略之一，是今后咪唑桥连双环唑类高氮高能化合物的重要发展方向。

4 总结与展望

围绕联咪唑、咪唑联三唑、咪唑联四唑等咪唑基双环唑类含能化合物及其离子盐的合成、性能及应用基础等方面进行了综述。其中，以单键、双键连接的双环咪唑类化合物，虽然均比对应的单环咪唑化合物具有更好的热稳定性和机械感度、更高的密度和爆轰性能，能够实现能量与安全的较好协调。但是，在单一咪唑环上引入富氮的含能基团、连接基团和离子盐在保证安全性的同时尚未实现高能量和高氮含量的兼顾。而将两种氮杂环结构通过C—C 键或C—N 键进行键合的联唑类化合物往往可以兼具两种氮杂环母体结构的骨架特点。比如，咪唑联四唑含能化合物将咪唑环经C—C 键与四唑环进行键合，可以兼具咪唑环的良好化学修饰性、热稳定性和四唑环的高氮含量、高生成焓。因此，基于咪唑联三唑或咪唑联四唑骨架构建新型高氮高能化合物是获得高能量、高氮含量兼顾的咪唑桥连双环唑类含能化合物的有效策略之一，是今后新型高氮高能化合物的重要发展方向。

目前，尽管系列具有不同结构特点的咪唑基双环唑类化合物相继被报道，但是多数难以实现高氮含量、高能量和良好安全性的协调，难以满足新形势下武器装备研制和更新换代对新型高能清洁含能材料的迫切需求。为实现高氮含量、高能量和良好安全性的协调，满足不同火炸药配方研制对性能各异含能材料的迫切需求，仍有很多方面有待继续研究：

（1）深入研究咪唑桥连唑类化合物的热安全性、相容性和爆轰性能等应用基础研究，确定应用可行性；充分发挥其结构和性能优势，设计与其结构、性能匹配的推进剂和混合炸药配方，进一步推动高能清洁火炸药的发展，满足新形势下武器装备研制和更新换代的应用需求。

（2）针对综合性能较好的咪唑桥连唑类含能化合物，如1，1'⁃二 氨 基⁃4，4'，5，5'⁃四 硝 基⁃2，2'⁃联 咪 唑（36）和1，1'⁃二硝胺基⁃4，4'，5，5'⁃四硝基⁃2，2'⁃联咪唑（37），进行工艺安全性和工艺放大研究，掌握稳定的制备工艺，确保应用需求；此外，通过不同含能基团的引入及不同的N⁃修饰化方式，改善目标化合物的能量水平、降低目标化合物的机械感度敏感性，并进一步探索桥连唑类化合物的连接基团及富氮含能离子盐的种类对目标化合物综合性能的影响规律。

（3）基于咪唑联三唑或咪唑联四唑含能骨架构建新型高氮高能化合物的有效策略，加强咪唑桥连双唑类化合物的分子设计、理论模拟和实验验证研究，进一步提高咪唑基联唑类含能化合物的氮含量、能量水平和安全性，设计、合成出理论爆速大于8500 m·s-1、氮含量高于45%的咪唑基双唑类新型含能化合物，为新型高氮高能化合物的发展提供理论和实验支撑。