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金刚烷及其衍生物是有机笼状化合物中一类重要的物质,可以广泛应用于药物、含能材料、功能高分子等领域中。其中多硝基金刚烷由于分子结构的高度对称性,具有高能、低感等优点,可用于炸药、推进剂、烟火剂和燃料等领域中,故其理论和实验研究受到了人们的高度重视。近三十年来,多硝基金刚烷的合成取得了一定的进展。例如,1993年,Dave等合成了2,2,4,4,6,6-六硝基金刚烷(HNA),总收率为0.24%。本论文以丙二酸二乙酯和多聚甲醛为起始原料,分别通过两条路线成功合成了2,2,4,4,6,6-六硝基金刚烷(HNA)。其中,乙酰化路线经过环合、脱羧、乙酰化、Aldol缩合、缩酮化、臭氧化、肟化、偕硝化等12步反应得到目标产物,总收率为4.7%。在此基础上,设计了甲酰化路线,通过甲酰化、Aldol缩合、氧化、偕硝化等11步反应得到目标产物,总收率为14%。论文以全新的小分子环合法构建了金刚烷多酮骨架,合成了4-亚甲基金刚烷-2,6-二酮和2,2,6,6-二乙撑二氧基-4-金刚烷酮。两条路线的提出不仅大大提高了反应收率,而且为金刚烷多酮骨架的构建提供了新颖的构环方法。论文重点研究了Meerwein’s酯的合成、C-酰化反应、Aldol缩合反应、醇氧化反应以及酮肟偕硝化反应的工艺条件。对于酮肟的偕硝化反应,选用N2O5作为绿色硝化剂,考察了N2O5用量、反应时间、反应温度和溶剂对反应收率的影响,确定了最佳工艺条件。采用1HNMR,13CNMR, IR及元素分析表征了中间体与目标化合物的结构；培养了HNA单晶,并进行了晶体结构研究；利用TG和DSC初步研究了HNA的热力学性质,为该化合物的进一步研究提供借鉴。本论文还设计了全新化合物1,2,3,5,6,7-六硝基金刚烷的合成路线。该路线同样以丙二酸二乙酯和多聚甲醛为原料,经过环合、水解、酰胺化、霍夫曼降解等步骤得到目标化合物的前体1,3,5,7-四氨基金刚烷-2,6-二酮。该化合物的合成为硝基处于不同碳原子上的多硝基金刚烷的合成提供了借鉴作用。本课题研究了六硝基金刚烷合成新路线的设计和实施,为火炸药行业提供了一种具有应用前景的钝感高能材料,并为更多硝基碳环笼状高能化合物的合成提供理论参考。