运用密度泛函理论对含有硝基、氨基、二氟氨基、叠氮基的多系列杂环芳香类高能化合物的结构与性能,进行了详尽的理论研究。首先对分子进行计算,求得一系列化合物的全优化构型,这些化合物包括吡唑衍生物、2,2’-并-1-氢咪唑衍生物以及三嗪、四嗪的叠氮化合物。然后设计等键反应,获得化合物的生成热以及部分化合物的基团相互作用能。同时还计算了化合物的键离解能,以判别高能化合物的感度和安全性。第一部分,利用B3LYP、B3P86方法结合6-311++G^**、aug-cc-pVDZ基组对吡唑衍生物进行计算研究。由计算所得生成热（HOF）值可知,生成热随-NH₂,-N₃取代基数目的增加而增加;但当-NO₂,-NF₂数目增加时,生成热先减少后增加。在B3LYP/aug-cc-pVDZ水平下,3,5-二（二氟氨基）吡唑的生成热最小（134.4kJ/mol）,3,4,5-三叠氮基吡唑的生成热最大（1240.6 kJ/mol）。由生成热数值判断,当吸电子基团取代吡唑环上的一个氢时,4-取代化合物最稳定,而对于供电子基团,3-取代化合物最稳定;对于二取代化合物,3,5-二取代化合物最稳定。当分子中的-NO₂被其它基团取代时,生成热的值随分子中的硝基被-NH₂、-NF₂取代而减少,但随-N₃的取代而增加。通过生成热和前线轨道的能级差估测了化合物的相对稳定性,在UB3LYP/aug-cc-pVDZ水平下计算了分子中较弱键的离解能,其中C-N₃的平均BDE为524.5kJ/mol,是环外C-N键的BDE最大的,C-NO₂键的离解能是最小的。第二部分,在B3LYP/6-311G^**、B3P86/6-311G^**两种水平下计算了一系列2,2’-并-1-氢咪唑衍生物。计算结果表明,当-NF₂取代-NO₂时,生成热减少,但是当-N₃取代-NO₂时,生成热是增加的。当-NO₂被-NH₂取代时,HOF先减少后增加。对于同分异构体,HOF随取代基占据不同位置产生氢键数目的增加而减少。在B3LYP/6-311G^**水平下,4,4’-二氨基-5,5’-二硝基-2,2’-并-1-氢咪唑的HOF最小（125.2kJ/mol）,4,4’,5,5’-四叠氮基-2,2’-并-1-氢咪唑的HOF最大（1608.9 kJ/mol）。用基团相互作用能(E_{disproportion})估测了分子内基团的相互作用强弱。4,4’-二氨基-5,5’-二硝基-2,2’-并-1-氢咪唑的E_{disproportion}值是体系化合物中最小的,为-70.3 kJ/mol;4,4’,5,5’-四硝基-2,2’。并一1一氢咪唑的E_{disproportion}值是最大的,为128.1kJ/mol。在UB3LYP/6-311G^**水平下计算了键离解能,由此预测了化合物的稳定性。和其它类型的键相比,硝基的BDE_ZPE平均值270.0 kJ/mol,是最小的。用半经验ZINDO方法获得了电子跃迁能,最大吸收波长和谐振强度。当-NO₂被-NF₂和-NH₂取代时,化合物的最大吸收波长λ_max与4,4’,5,5’-四硝基-2,2’-并-1-氢咪唑相比,均表现出一定程度的蓝移;但是当-N₃取代-NO₂时表现出红移。第三部分,用密度泛函理论（DFT）,对3,6-二叠氮基-1,2,4,5-四嗪（DiAT）和2,4,6-三叠氮基-1,3,5-三嗪（TAT）的叠氮-四唑同分异构化反应进行了研究。在B3LYP/6-311G^**水平下优化了反应通道上各驻点（反应物、过渡态、产物）的几何构型,计算了各物种的总能量,并对总能量进行零点能校正。分析了叠氮基向四唑环的转化前后,对化合物分子构型、生成热性质的影响。结果表明:3,6-二叠氮基-1,2,4,5-四嗪的两个叠氮基经异构化反应关环生成四唑时的能垒分别为100.5、117.4 kJ/mol;2,4,6-三叠氮基-1,3,5-三嗪的三个叠氮基经异构化反应关环生成四唑时的能垒分别为和101.8、99.7、108.7 kJ/mol。随叠氮基向四唑环的转化,分子生成热增大。用SCRF方法对叠氮-四唑同分异构化反应的溶剂化效应进行计算,分析DMSO对分子性质和反应过程的影响。