氯化富勒烯的化学反应及富勒烯电子受体材料的合成

摘要

早在1991年经典富勒烯C60得到宏量合成后,富勒烯化学的研究就开始迅速发展,并在人们生活中具有潜在的应用价值。
　　氯化富勒烯是富勒烯化学反应中重要的中间体并吸引了广泛地关注。C60与Icl反应生成产率高、性质稳定的产物C60C16,该产物不需要分离可以直接进行下一步的反应。文献中报道的C60C16的化学反应主要有亲电芳香取代反应和亲核取代反应,但是自由基反应却未曾有报道过。本文以C60C16为反应底物,分别研究了它与芳香乙炔和苯乙炔格式试剂的反应。其中C60C16与芳香乙炔是在CuI的参与下进行反应,生成富勒环丁烯衍生物(图1),因产物中的四元环结构较难构建而很少有文献报道。我们对该反应进行研究,发现生成的富勒环丁烯衍生物的路径是通过自由基机理而非传统的[2+2]环加成的方法。此外,我们发现该反应需要两个当量的CuI,反应产率(36％—53％)受苯环上取代基的电子效应的影响。我们对产物进行了核磁、红外、紫外和质谱的表征,提出了反应可能发生的自由基机理,并对产物中两个氯原子的位置进行了分析确定。这一自由基机理的提出对进一步研究和优化氯化富勒烯的反应起着重要的作用。Toluene,60℃图1 CuI参与的C60C16与芳香乙炔的自由基反应
　　有机太阳能电池因材料柔性好、制作容易、材料来源广泛和成本低等优势而得到人们广泛关注。目前,人们主要致力于给体材料的研究,而对于受体材料的研究却比较少。目前使用的最普遍的电子受体材料仍然是[6,6]-苯基-C61-丁酸甲酯(PC60BM)和与其相对应的C70衍生物(PC70BM),而对于C70二加成产物bisPC70BM多种异构体的分离及性能表征还未曾有过报道。本文合成了有机太阳能电池富勒烯电子受体材料[6,6]-PC60BM、[6,6]-PC70BM和[6,6]-bisPC70BM,并通过APCI质谱和核磁等对相关产物进行了表征,为进一步进行[6,6]-bisPC70BM异构体的分离和性质研究奠定了基础。