富勒烯三负离子化学反应研究

与缺电子且易与亲核试剂进行化学反应的中性富勒烯不同，富勒烯负离子富含电子，易与亲电试剂进行反应。由于电子结构的变化，富勒烯负离子进行的反应从类型至机理均与中性富勒烯不同，并可生成结构新颖的产物，具有重要的理论和应用研究价值。然而，目前关于富勒烯的负离子反应的研究主要集中在二价负离子，而对更具反应活性的三价负离子则很少涉及。本申请项目拟以我们近期发现的C60三价负离子与苯腈生成富勒烯杂环衍生物的反应为基础，采用电化学还原方法制备富勒烯三负离子，探讨目前还尚未充分认识的富勒烯三负离子的反应性质，揭示其在反应过程中的作用和反应机理，探寻其可能存在的其它新型反应，并研究由此带来的新颖有机富勒烯化合物的结构和性质。前期工作表明研究方案可行，部分成果已在JACS和JOC等重要杂志发表。该项目的开展对于丰富富勒烯化学、阐明富勒烯三负离子反应机理、扩展富勒烯衍生物制备方法及种类具有重要意义。

本课题以富勒烯三价负离子与苯甲腈生成富勒烯恶唑啉杂环衍生物的反应为切入点，研究了反应产物中O原子的来源， N、O原子在低对称性C60衍生物及C70表面的区域选择性，以及在还原状态下恶唑啉杂环在富勒烯表面的重排反应。通过上述研究，首次获得了具有cis-1结构的C70二加成产物，揭示了富勒烯恶唑啉产物中的O原子的来源，阐明了恶唑啉N、O原子在富勒烯表面的重排和区域选择性规律，发现了具有较强亲核性质的C60O2‒中间体及其与芳香腈类分子生成富勒烯恶唑啉杂环化合物的反应机理。在此基础上，还研究了含氧亲核试剂与富勒烯进行的亲核反应，通过富勒烯负离子制备C60HR、C70HR，以及活化C60HR制备RC60‒C60R富勒烯二聚体的反应。通过本项目研究，扩展了富勒烯负离子的化学反应内容，取得了一系列具有创新性的研究成果。