富勒烯和富勒烯衍生物中的Stone-Wales旋转

Stone-Wales旋转是富勒烯异构化的基本方式,了解其特征和规律对于理解富勒烯和富勒烯衍生物的形成至关重要.本文采用密度泛函理论方法系统研究了富勒烯和富勒烯衍生物的Stone-Wales旋转.结果显示,富勒烯异构体趋向于从高B55键(两个五元环共用的边)结构向低B55结构转化,满足独立五元环原则的结构或具有低B55键数的异构体在热力学上更为有利.相反,对于富勒烯衍生物,具有更多B55的异构体不仅在热力学上更有利,而且从动力学角度讲,从满足独立五元环原则的结构向不满足的结构的转变比相反过程更容易.这些结果可以解释目前的相关实验事实,暗示了富勒烯衍生物可能是先衍生化后异构化而形成.     

有机富勒烯化合物的逆环加成反应

逆环加成反应是富勒烯衍生物的一种重要反应。在还原、氧化或加热条件下,许多富勒烯衍生物的加成基团会从富勒烯骨架上断开,得到富勒烯母体,是富勒烯环加成反应的逆反应。该反应与富勒烯环加成反应结合,已被应用于富勒烯化学中保护/去保护基团方法,对于选择性制备富勒烯及其衍生物具有重要意义。然而由于逆环加成反应的存在,引起了有机富勒烯化合物的不稳定,从而可能影响其在实际中的应用。最近,我们研究了一系列含有亚胺酯杂原子环结构的富勒烯噁唑衍生物在电化学还原下的稳定性,结果表明加成基团之间存在的分子内C-H…X（X = N,O）氢键对化合物的稳定性可能起着较为关键的作用。在此,我们将结合我们的工作对有机富勒烯化合物的逆环加成反应进行综述。     

单加成环丙烷富勒烯膦酸酯衍生物的合成与电化学性能

在Mn(OAc)₃•2H₂O催化下, C₆₀分别和亚甲基二膦酸四乙酯、氰基亚甲基膦酸二乙酯或乙氧羰基亚甲基膦酸二乙酯在氯苯中回流, 生成3个单加成环丙烷富勒烯膦酸衍生物C₆₀C(R)PO(OEt)₂ [1, R＝PO(OEt)₂; 2, R＝COOEt; 3, R＝CN]. 与以前报道的Bingel反应法相比, 该方法副产物少并且缩短了反应时间. 采用循环伏安法发现1, 2的还原电位相对于C₆₀发生负移, 而3的还原电位相对于C₆₀却正移40 mV, 表明引入象氰基一样具有很强吸电子能力的取代基团, 可以改善富勒烯球的电化学性能, 合成电子接受能力较强的富勒烯衍生物.     

新型富勒烯衍生物的激光质谱结构表征

对3种电化学方法合成的新型结构富勒烯衍生物进行了激光质谱表征,确认了1,2加成以及[5,6]开环富勒烯衍生物结构.质谱结果发现了富勒烯以及富勒烯衍生物与氧的结合峰,核磁共振结果进一步证明了富勒烯衍生物的结构,为含有C60结构衍生物的研究提供了有力的表征手段.     

富勒吡咯及其N-氧化物对双卟啉荧光的萃灭研究

本文合成了新型的亚苯基桥连双卟啉化合物（1~4）和富勒吡咯化合物(C₆₀-m, C₆₀-h) 以及它们的N-氧化物(C₆₀-mo, C₆₀-ho)。通过稳态荧光光谱研究了在甲苯溶液中富勒吡咯及其N-氧化物对双卟啉化合物的荧光萃灭作用。通过稳态荧光光谱滴定法测定了双卟啉化合物和富勒烯衍生物之间的荧光萃灭常数并发现：富勒吡咯化合物的荧光萃灭能力随引入富勒烯表面功能基团数目的减少而降低: C₆₀-h>C₆₀-m > C₆₀，并且发现富勒吡咯烷-N-氧化物对双卟啉的荧光萃灭能力比相应的富勒吡咯化合物增长了大约1.3~7.4倍。这些结果都说明通过改变富勒烯表面的功能基团可以调控双卟啉和富勒烯衍生物之间的光电子转移效率。     

含能富勒烯吡咯烷衍生物的合成及工艺研究

利用Prato反应合成分离出了新型含硝基富勒烯吡咯烷衍生物1, 并对其工艺条件进行了研究, 探讨了反应物计量比、温度及时间对产物1产率的影响, 得到了合成产物1的最佳工艺条件: C₆₀, 间硝基苯甲醛和N-甲基甘氨酸的物质的量比为1∶1∶2, 温度为100 ℃, 反应时间为16 h, 此时产物1产率达到94.8%(以消耗的C₆₀计). 同时用UV-Vis, FT-IR, ¹H NMR, ¹³C NMR and MS spectra等光谱手段确定了产物1的分子结构.     

内嵌镧金属富勒烯的高产率合成及异构体比例调控

采用电弧放电法制备内嵌镧金属富勒烯的原灰,通过改变氦气压力及电流强度来提高内嵌镧金属富勒烯产率。原灰由1,2,4-三氯苯提取并回溶入甲苯后,利用分析型高相液相色谱（HPLC）对提取液中各富勒烯组分进行分析。通过分别衡量3种常见含镧金属富勒烯La@C_2v-C₈₂、La@C_s-C₈₂和La₂@C₈₀与C₈₄的相对峰面积比,探讨了氦气压力和电流强度等对3种金属富勒烯产率的影响。实验结果表明,氦气压力与电流强度共同决定了金属富勒烯的产率,在（1）低电流高氦气压、（2）中等电流中等氦气压、（3）高电流低氦气压的条件下都可以高产率地获得含镧金属富勒烯。此外,调整电流强度和氦气压力可以改变La@C_2v-C₈₂和La@C_s-C₈₂的相对比例。例如,在电流为100、120 A或氦气压为20、35 kPa时,此前认为的"minor"异构体La@C_s-C₈₂的含量甚至高于"major"异构体La@C_2v-C₈₂。我们还发现,降低电流强度或减小氦气压力可促进La₂@C₈₀的生成,这表明La₂@C₈₀与La@C₈₂的形成过程可能是不同的。     

一些富勒烯C60双加成物稳定性的理论研究

Ｃ6 0 具有 30个等同的可参与化学反应的活泼双键 ,制备并表征富勒烯多加成产物是富勒烯化学中最前沿的课题之一 .Ｈｉｒｓｃｈ等[15 ]通过研究Ｃ6 0 亚甲基加成反应 ,提出了双加成物立体选择性的一般规律 .我们在Ｃ6 0 氧加成方面做了类似的研究工作[6 8].本文选取几类富勒烯环双加成衍生物即富勒烯氧化产物Ｃ6 0 Ｏ2 [6 ]( 1 )、富勒烯含氮衍生物Ｃ6 0 (ＮＨ) 2 [5 ]( 2 )、富勒烯含吡咯环衍生物Ｃ6 0 (ＣＨ2 ＮＨＣＨ2 ) 2 [9]( 3)和富勒醇前体Ｃ6 0 (ＳＯ4) 2 [10 ]( 4)作为模型分子进行理论研究 ,以探寻富勒烯多加成反应的一般性规律 .…     

富勒烯的全氟烷基化

全氟烷基富勒烯具有较高的稳定性和溶解性,已成为富勒烯研究领域中逐步兴起的一类重要衍生物,有望用于合成具有特殊性能的新型富勒烯基功能材料,进而为富勒烯的衍生化和功能化研究指出了一个新方向.本文综述了近年来全氟烷基富勒烯的合成、结构及性能研究等方面取得的最新进展,重点介绍了富勒烯的三氟甲基化研究,并展望了该领域的发展趋势.     

富勒烯金属有机配合物的研究进展

介绍了近几年来富勒烯金属包合物、富勒烯球体与金属键联形成的配合物、富勒烯有机衍生物与金属原子形成的配合物以及富勒烯-有机金属配合物形成的共晶的研究进展.     

N-甲基-2-(4''-N-乙基咔唑基)-[60]富勒烯吡咯烷及其衍生物的合成, 电荷分离态特征

通过1,3-偶极环加成方法在微波照射下合成了N-甲基-2-(4'-N-乙基咔唑基)-富勒烯吡咯烷(C₆₀-Cz)和N-甲基-2- (4'-N,N-二苯基氨基)-富勒烯吡咯烷(C₆₀-TPA), 用质谱, ¹H NMR, IR等对其结构进行了表征. 用激光光解时间分辨瞬态谱研究了N-甲基-2-(4'-N-乙基咔唑基)-富勒烯吡咯烷的分子内电荷转移过程, 在近红外区观测到了长寿命电荷分离态C₆₀^•--C_Z^•+的存在, 其寿命为0.28 μs. 运用Gaussian 98量子化学程序包, 利用密度泛函的方法对N-甲基-2-(4'-N,N-二苯基氨基)-富勒烯吡咯烷几何构型进行了优化, 并在优化基础上用ZINDO方法计算了化合物C₆₀-TPA的电子光谱, 计算结果表明, 光谱吸收峰在440 nm, 与实验值433 nm基本一致.     

富勒烯及其衍生物的质谱研究

本文制备了一系列富勒烯及其衍生物，并利用多种质谱技术进行了鉴定、表征、揭示了它们在离子源条件下的稳定性及解规律。这些富勒烯及其省生物在ＦＤＭＳ、ＩＳＭＳ中均得到了较强的准分子离子峰且碎片峰很少。结果表昨ＦＤＭＳ，ＬＳＩＭＳ技术均适于富勒烯及其衍生物的定性分析，是目前富勒烯分析鉴定中较好的方法。     

洋葱状富勒烯的提纯研究

以石墨粉为碳源, Al为催化剂, 采用真空热处理法制备了平均粒径为15～35 nm的洋葱状富勒烯(OLFs).并用CS₂分离和空气氧化法对得到的OLFs初产品进行了提纯处理.高分辨透射电镜(HRTEM)、X射线衍射(XRD)、热重分析(TGA)对提纯前后样品的分析表明, CS₂分离处理可有效去除初产品中裸露的金属催化剂微粒,然后在空气中610 ℃焙烧200 min,可基本去除无定型碳,并大量去除了石墨状碎片等碳杂质, OLFs的纯度在50％(体积分数)以上.     

富勒烯[60]膦酸酯衍生物纳米颗粒水悬液的制备与自由基清除活性

自由基清除是富勒烯及其衍生物的一种重要特性. 首次制备了1种二加成亚甲基富勒烯[60]膦酸酯衍生物(bis-methanophosphonate [60]fullerene, BMPF)的纳米颗粒水悬液(n-BMPF), 并采用邻苯三酚自氧化法结合分光光度法, 测定了n-BMPF对超氧阴离子自由基的清除作用. 结果显示, 制备的n-BMPF溶液较稳定, 适合生物学实验. 同时, 它表现出很强的清除超氧阴离子自由基的能力, 并具有浓度依赖性. 当n-BMPF的终浓度为12 μmol/L时, 其对超氧阴离子自由基的清除率达到91.96%. n-BMPF的活性远大于已报道具有自由基清除作用的水溶性富勒烯衍生物富勒醇. 这些数据表明n-BMPF可能作为一种新型高效的自由基清除剂, 在生物医学领域具有潜在的应用价值.     

富勒烯吡咯烷衍生物的应用研究进展

综述了近几年来富勒烯吡咯烷衍生物的应用研究,着重从生物活性、分子磁性和光电材料等几个方面介绍了富勒烯吡咯烷衍生物研究的最新进展。参考文献54篇。     

新型富勒烯α-氨基酸的合成及其纳米颗粒水悬液的制备

通过1,3-偶极环加成反应合成中间体N-取代的3,4-富勒烯吡咯烷, 利用α-氨基与α-羧基均被保护的天冬氨酸或谷氨酸的非α-羧基与中间体N-取代的3,4-富勒烯吡咯烷衍生物的活化羟基进行缩合反应, 产物脱保护后得到了2种新的α-富勒烯氨基酸: 富勒烯天冬氨酸和富勒烯谷氨酸. 采用MALDI-TOF质谱、红外光谱、紫外-可见光谱和1H NMR 等方法对它们进行了结构表征. 采用有机溶剂交换法, 制备富勒烯氨基酸纳米颗粒水悬液, 并进行了电镜和表面zeta-电位分析, 结果表明, 此水悬液体系稳定, 颗粒形态大小均一, 在生物医学领域中具有潜在的应用前景.     

富勒烯稠合体与共轭聚合物作为有机太阳能电池材料的研究进展

介绍了有关富勒烯与共轭聚合物超快光诱导电子的研究状况和三种不同光敏层材料制备的太阳能电池的组装和性能,包括:(1)以共轭聚合物/C60或C60衍生物的主体异介质为光敏层,(2)分子水平上的主体异介质:D-A双功能聚合物,(3)单纯以富勒烯稠合体为光敏层,以及国内外这三种太阳能电池研究的进展情况及存在的问题.     

卤化富勒烯研究进展

自从C60被发现并能被大量制备以来,富勒烯化学已成为有机化学学科发展最快的领域之一.富勒烯通过多加成反应形成具有独特结构和性能的富勒烯卤化物和全氟烷基化物,为设计合成新型富勒烯基功能材料开辟了新方向.本文综述了近几年来在卤化富勒烯和全氟烷基化富勒烯的合成方法、结构及性能方面取得的最新进展,重点介绍了氟化富勒烯及其衍生化反应,并展望了该领域今后的发展趋势.     

富勒烯与β淀粉样肽低聚体结合的分子动力学模拟

本文通过分子动力学模拟研究富勒烯在Aβ42 低聚体表面的结合过程. 在结合过程中,C₆₀在Aβ表面经历一系列尝试过程,最终找到某个稳定的结合位点. 根据结合的残基不同,这些结合位点可以分为六类,其中核心疏水区域（CHC）位点（¹⁷LVFFA²¹）及Turn 27-31 位点（²⁷NKGAI³¹）具有最强的结合稳定性. 二者的结合主要通过范德华作用稳定,而溶剂化效应则起相反作用. 在这六类位点中的两个位点,观察到C₆₀会对Aβ二级结构起破坏作用. 其一位于核心疏水区域,C₆₀有挤入多肽β片层中间的趋势;另外一位点位于N端,C₆₀能够破坏外侧Aβ的3-5 号残基的主链氢键,瓦解其末端的β片结构. 这两个过程对理解富勒烯抑制Aβ聚集的微观机制提供了帮助. 此外,在Turn 27-31 位点以及Y10-H14 位点,发现了富勒烯与Aβ纤维样聚集体结合的沟槽滚动机制,即富勒烯能够在淀粉样低聚体表面形成的特定沟槽内滚动. 这一特征有助于预测富勒烯在其它淀粉样多肽表面的结合位点及结合行为.     

[60]富勒烯衍生物的对称性、碳笼结构与C NMR谱

本文全面综述了多种[60]富勒烯衍生物的结构,阐述了(13)~C NMR谱在[60]富勒烯衍生物结构表征中的应用,重点讨论了不同对称性[60]富勒烯衍生物的(13)~C NMR谱图特征.通过[60]富勒烯部分(13)~C共振线的化学位移、数目和相对强度,可以确定[60]富勒烯衍生物的对称结构和加成方式.对于C_s、C_(2v)和C_(3v)对称性的[60]富勒烯衍生物,镜面上的碳原子的相对化学位移很大程度上取决于他们距加成位置的距离.因此,(13)~C NMR谱在碳笼具体结构的确定中具有不可替代的作用.