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[60]富勒烯与内嵌金属富勒烯Sc3N@C80（Ih）的环化反应研究

作　者: 刘统信
导　师: 王官武
学　校: 中国科学技术大学
专　业: 有机化学
关键词: C60 醋酸锰 三氯化铝 高氯酸铁 自由基反应 活泼亚甲基化合物 磺酰亚胺 环加成 内嵌金属富勒烯 Sc3N@C80（Ih） 开孔富勒烯 苯炔 叠氮 开环氮撑富勒烯
分类号: O621.25
类　型: 博士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


自从富勒烯发现以来,碳笼骨架的化学修饰一直是研究的主要方向。到目前为止,大量的具有广泛结构特征的富勒烯衍生物已被合成与报道,它们在纳米材料、光电材料、太阳能电池以及生物医药等领域展现出了广阔、诱人的应用前景。因此不断地合成一系列结构新颖、可供筛选的富勒烯化合物,仍是一项紧迫且具有挑战性的工作。而本论文也是紧紧围绕此方面开展的四部分工作,分别涉及到Mn(OAc)3·2H2O、Fe(ClO)4·xH2O促进的C60的自由基环化加成反应以及内嵌金属富勒烯Sc3N@C80(Ih)与苯炔的[2+2]环化反应及与芳基叠氮的环加成反应。1.在本课题组以前研究工作的基础上,深入拓展Mn(OAc)3·2H2O引发的C60与活泼的2-苯基取代的丙二酸二乙酯,氰基乙酸乙酯类化合物以及2-苄基取代的丙二酸二乙酯类化合物的自由基反应。在路易斯酸A1C13存在的条件下,反应途径发生改变进行类Friedel-Crafts的加成反应,高选择性地提供一系列结构新颖的自由基环化的C60二氢茚与四氢萘的衍生物。实验结果表明路易斯酸AICl3在选择性地提供新型的加合物方面起到了关键性的作用,另外还对不同的氧化剂及取代基对反应的影响进行了研究。2.研究了Fe(ClO)4·xH2O引发的磺酰亚胺类化合物与C60的自由基反应,合成了一系列新型的C60嗯唑烷衍生物,且与通过磺酰胺与芳基醛原位生成磺酰亚胺的“一锅法”反应进行了对比,发现与磺酰亚胺的直接反应在产物的分布与产率方面有更好的表现。同时考察了不同取代基对反应的影响,并以嗯唑烷衍生物为起始原料开展了二次芳基衍生化的研究工作。3.系统考察了内嵌金属富勒烯SC3N@C8o(Ih)与2-氨基-4,5-二异丙氧基苯甲酸在亚硝酸异戊酯存在下原位产生4,5-二异丙氧基苯炔的[2+2]环加成反应。在惰性气体保护下,[5,6]和[6,6]两种单加成的四元环加合物异构体被获得,它们展示了良好的热稳定性,并没有观察到逆反应与异构化现象的发生；在空气与有水存在的条件下,该反应还同时提供了一种非预期的十三元环开孔结构的衍生物,这也是第一例发现的具有较大开孔的内嵌金属富勒烯衍生物,并为单晶所证实。该工作对开孔内嵌金属富勒烯的研究具有重要地推动作用,并对该结构的形成原因作了初步分析。同时考察了体系中有碱存在条件下,内酯的生成反应。4.系统考察了内嵌金属富勒烯Sc3N@C80(Ih)与4-异丙氧基苯基叠氮的环加成反应,这是关于内嵌金属富勒烯与有机叠氮的第一例反应。分别研究了不同条件下的反应情况,在光照下只有[6,6]异构体被获得；而在加热的条件下,随着反应温度的不同,除了[6,6]异构体外,我们还获得了[5,6]异构体和一种非预期的双加成产物。通过UV-Vis-NIR波谱与计算分析,[5,6]与[6,6]异构体均为开孔结构,且前者为单晶结构证实。同时还考察了[5,6]与[6,6]异构体的稳定性,发现前者是热力学稳定的产物,后者为动力学产物,在一定温度范围内两者可相互转化,而且温度较高时有逆反应发生。另外,关于[6,6]异构体结构的细节问题与双加成产物的特定结构还有待单晶的进一步证实与确定。该工作可能对进一步合成一系列结构独特的双加成,三加成还有多加成的内嵌金属富勒衍生物,甚至对于通过化学方法实现氮杂内嵌金属富勒烯的合成都具有重要的现实意义。

全文目录


摘要  5-7
Abstract  7-11
第一章 绪论  11-47
  1.1 引言  11-12
  1.2 单加成反应  12-23
  1.3 多加成反应  23-27
  1.4 开孔反应  27-31
  1.5 M_3N@C_(80)反应  31-37
  富勒烯化学展望  37-38
  参考文献  38-47
第二章 C_(60)四氢萘与二氢茚衍生物的合成研究  47-77
  2.1 引言  47-55
  2.2 结果与讨论  55-65
  2.3 实验部分  65-74
  2.4 本章小结  74
  参考文献  74-77
第三章 C_(60)噁唑烷的合成及其芳基衍生化研究  77-105
  3.1 引言  77-80
  3.2 结果与讨论  80-94
  3.3 实验部分  94-103
  3.4 本章小结  103
  参考文献  103-105
第四章 Sc_3N@C_(80)(I_h)与邻氨基苯甲酸和亚硝酸异戊酯的环加成反应研究  105-125
  4.1 引言  105-107
  4.2 结果与讨论  107-119
  4.3 实验部分  119-120
  4.4 本章小结  120-121
  参考文献  121-125
第五章 Sc_3N@C_(80)(I_h)与4-异丙氧基苯基叠氮的光与热反应研究  125-137
  5.1 引言  125-126
  5.2 结果与讨论  126-132
  5.3 实验部分  132-133
  5.4 本章小结  133-134
  参考文献  134-137
附录1 实验仪器及试剂  137-141
附录2 新化合物数据一览表  141-147
发表论文列表  147-149
致谢  149

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中图分类: > 数理科学和化学 > 化学 > 有机化学 > 有机化学一般性问题 > 有机化合物性质 > 化学性质、有机化学反应
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