富勒烯氮杂冠醚和富勒烯苯甲酰腙类衍生物的合成与表征

摘要

由于在医药、功能材料、能源、生物科学等方面的巨大应用前景，新型富勒烯[C60]衍生物的合成吸引了越来越多研究者的关注。使用金属催化法将不同分子或官能团引入富勒烯球，得到各种功能化富勒烯衍生物为目前研究的热点。钯催化 C-H活化法已经成功应用到富勒烯功能衍生化方面并得到多种富勒烯碳环、稠杂环衍生物。然而，大多数反应都是 sp2-C孤对电子结构做定向基团发生[2+2]环加成反应生成富勒烯稠合杂环，体系有局限性，也不利于评价有机化合物光伏转化效率和改善开路电压。本文利用DB U/DC C作催化剂，尝试使用一种简单方法合成未见文献报道的富勒烯氮杂冠醚衍生物，丰富了富勒烯环丙烷衍生物体系。其次，本文在经典 C-H活化基础上，用醋酸钯催化不同的对甲苯磺酰腙与 C60反应，用氯苯作溶剂，醋酸铜作金属氧化剂，在120℃下反应得到12种未见文献报道的富勒烯对甲苯磺酰腙衍生物，研究了其反应工艺条件。最后利用红外光谱（FT-IR）、紫外光谱（UV-vis）、核磁氢谱（1H NMR）、核磁碳谱（13C NMR）、质谱（MS）等表征手段对所得富勒烯衍生物结构进行了表征，并探究了其反应的机理，该实验不仅丰富了富勒烯功能衍生化产物的类别，更探究了 sp3-C富勒烯催化反应的条件与可能机理，为功能化富勒烯衍生物的利用打下坚实基础。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

1 绪论

1.1 C60的结构

1.2 C60的物理性质

1.3 C60的化学性质

1. 3. 1 锰、铁催化的富勒烯反应

1. 3. 2 铑催化的富勒烯反应

1. 3. 3 铜盐催化的富勒烯反应

1. 3. 4 钯催化的富勒烯反应

1. 3. 5 其他金属催化的富勒烯反应

1.4 研究目的和意义

1.5 主要研究内容

2 氮杂冠醚富勒烯衍生物合成探究

2.1 实验主要试剂和仪器

2.2 实验内容

2. 2. 1 四甘醇对甲苯磺酸酯的合成

2. 2. 2 N-对甲苯磺酰基乙二胺的合成

2. 2. 3 N-（ N-对甲苯磺酰基）二乙醇胺的合成

2. 2. 4 N-（ N-对甲苯磺酰氨乙基）单氮杂 18-冠-6 的合成

2. 2. 5 N-（ N-氨乙基）单氮杂 18-冠-6 的合成

2. 2. 6 富勒烯叉丙烷 N’,N-(丙二酰胺乙基）单氮杂 18-冠-6 的合成

2.3 结果与讨论

2. 3. 1 四甘醇对甲苯磺酸酯的结构表征

2. 3. 2 N-对甲苯磺酰基乙二胺的结构表征

2. 3. 3 N-（ N-对甲苯磺酰基）二乙醇胺的结构表征

2. 3. 4 N-（ N-对甲苯磺酰氨乙基）单氮杂 18-冠-6 的结构表征

2. 3. 5 N-（ N-氨乙基）单氮杂 18-冠-6 的结构表征

2. 3. 6 N-（ N-对甲苯磺酰氨乙基）单氮杂 18-冠-6的合成工艺条件探究

2.4 本章小结

3 富勒烯苯甲酰腙类衍生物的合成与表征

3.1 主要仪器和试剂

3.2 苯甲酰腙酯类物质的合成研究

3. 2. 1 5-苯基-5-(对甲苯磺酰肼基)戊酸甲酯的合成与表征

3. 2. 2 5-苯基-5-(对甲苯磺酰肼基)戊酸乙酯的合成与表征

3. 2. 3 5-苯基-5-(对甲苯磺酰肼基)戊酸异丙酯的合成与表征

3. 2. 4 5-苯基-5-(对甲苯磺酰肼基)丁酸甲酯的合成与表征

3. 2. 5 5-苯基-5-(对甲苯磺酰肼基)丁酸乙酯的合成与表征

3. 2. 6 5-（对甲氧基苯基）-5-(对甲苯磺酰肼基)戊酸甲酯的合成与表征

3.3 Pd（ OAc） 2/Cu（ OAc） 2 催化苯甲酰腙类衍生物的合成探究

3. 3. 1 富勒烯苯甲酰丁酸甲酯衍生物的合成

3. 3. 2 富勒烯苯甲酰丁酸乙酯衍生物的合成

3. 3. 3 富勒烯苯甲酰丁酸异丙酯衍生物的合成

3. 3. 4 富勒烯苯甲酰丙酸甲酯衍生物的合成

3. 3. 5 富勒烯苯甲酰丙酸乙酯衍生物的合成

3. 3. 6 富勒烯对甲氧基苯甲酰丁酸甲酯衍生物的合成

3.4 Pd（ OAc） 2/Cu（ OAc） 2催化苯甲酰腙类衍生物反应机理讨论

3.6 本章小结

结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文及研究成果

附图