过渡金属钯/铜催化制备新型C60衍生物的研究

摘要

富勒烯由于其独特的几何结构和化学性质，其功能衍生化一直是化学研究的前沿。在过去的三十年，富勒烯化学得到了广泛的研究和发展。通过化学衍生化，不仅可以维持原有富勒烯的性质，还可调节其溶解度、能量水平、分子间隙以及表面能等，从而促进其在医药、光伏器件、生物材料等方面的应用。其中，过渡金属盐催化(介导)的富勒烯反应为丰富和拓展富勒烯的衍生化提供了很多有力的方法和途径。尽管过渡金属在有机合成中有着广泛的应用，然而只有相对较少的例子应用于富勒烯化学。过渡金属铜/钯盐催化剂具有高效一次实现多步C-H键活化的特性，可以一步构筑C-C、C-N、C-O等键。本课题基于以上因素，开展了用过渡金属铜/钯盐催化有机小分子与C60反应制备新型富勒烯衍生物的研究，主要工作包括以下两个部分：
　　第一部分工作中，研究了以二甲基苯胺类为底物实现铜盐介导的sp3-C-H键活化应用在C60的可能性。通过CuCl2催化下N,N-二甲基芳香胺类与富勒烯C60的反应。该反应通过CuCl2催化N,N-二甲基芳香胺类，在空气气氛中经过氧化脱氢偶联历程(CDC)，实现N,N-二甲基芳香胺结构中sp3 C-H键和sp2 C-H键的活化，合成出了一系列新颖的C60-四氢喹啉类化合物，并且研究了其电化学性能。
　　第二部分工作中，研究了芳基甲酰类物质作为导向基团实现钯盐催化的sp2-C-H键活化与C60的反应的可能性。以芳基β-二酮以及异丁基芳香酮为底物，在Pd(OAc)2催化下分别选取Cu(OAc)2和Ag2O为氧化剂合成出一系列新颖的C60-二氢呋喃类衍生物以及新型单羟基富勒醇类衍生物，进一步研究单羟基富勒醇衍生物结构中羟基的功能化反应。同时研究了C60-二氢呋喃类的电化学性能。

目录

声明

1 绪论

1.1.1 醋酸锰引发的富勒烯自由基反应

1.1.2 铁盐介导单羟基富勒醇的合成

1.1.3 铜盐催化和介导的富勒稀衍生化反应

1.1.4 钯盐催化富勒烯衍生化反应

1.1.5 其他金属盐介导和催化的富勒烯衍生化反应

1.2 研究目的和意义

1.3 主要研究内容

2 CuCl2介导的制备C60-四氢喹啉类衍生物反应研究

2.1 引言

2.2 实验部分

2.2.1实验试剂和仪器

2.2.2 实验内容

2.3.1 数据表征

2.3.2 C60-对甲基四氢喹啉2a合成工艺条件探究

2.3.3 底物普适性研究

2.3.4 C60-四氢喹啉类化合物合成机理讨论

2.3.5 C60-四氢喹啉类化合物电性能研究

2. 4 本章小结

3 Pd(OAc)2催化富勒烯苯甲酰类衍生物的合成研究

3.1 引言

3.2 实验部分

3.2.1实验试剂和仪器

3.2.2 实验内容

3.3.1 数据表征

3.3.2 C60-二氢呋喃2a合成工艺条件探究

3.3.3 底物普适性研究

3.3.4 Pd(OAc)2催化制备C60-二氢呋喃类机理讨论

3.3.5 C60-二氢呋喃类电化学性质研究

3.3.6 C60-异丁基苯酮2g合成工艺条件探究

3.3.7底物普适性研究

3.3.8 Pd(OAc)2催化制备C60-异丁基苯酮类机理讨论

3.3.9 富勒醇衍生化反应研究

3.4 本章小结

结论

致谢

参考文献

附录

攻读硕士学位期间发表的学术论文及研究成果