新型含羰基富勒烯衍生物的合成及性能研究

Organic functional materials are finding increasing applications and playing a growingly important role in cutting-edge fields such as energy, medicine, biotechnology. As organic functional materials, fullerene multi-adducts are a kind of organic optoelectronic materials having broad prospects for application. Therefore, the intensive study of synthesis and properties of fullerene multi-adducts has been attached increasing importance. Although there are many reactive sites on a fullerene cage, the addition patterns of fullerene multi-adducts are still limited, which is against further applied research of fullerene multi-adducts. To solve this problem, this project is designed to explore fullerene multi-adducts with new addition patterns through new reactions discovered recently. We will broaden the scope of the research based on the former work where fullerene derivatives with two new addition patterns were obtained through new reactions. Furthermore, we are going to study the reaction of carbonyl compounds with fullerenes (C60, C70) intensively, reveal the reaction mechanism, illustrate the factors affecting the addition pattern, and to summarize the rules of these reactions. By this study, we expect to continue developing fullerene multi-adducts with new addition patterns, and explore the optical and electrical properties and photoelectric conversion performance of them, which will provide some references for their application in various fields.

有机功能材料在能源、医药以及生物技术等前沿领域的应用日渐广泛，作用愈加重要。作为有机功能材料，富勒烯多加成衍生物是一种具有广阔应用前景的有机光电材料。因此，深入研究富勒烯多加成衍生物的合成及性质有着重要意义。富勒烯表面反应位点很多，但现有富勒烯多加成衍生物的加成方式仍然十分有限，这不利于富勒烯多加成衍生物应用研究的进一步开展。为解决这一问题，本项目旨在利用发现的新反应探寻具有新加成方式的富勒烯多加成衍生物，在前期工作（已通过反应得到两类全新加成方式的富勒烯衍生物）基础上进一步拓宽研究范围，深入研究羰基化合物与富勒烯（C60，C70）的反应，揭示反应机理，阐释影响产物加成方式的因素，探究反应内在规律。通过该项目，我们预期能够继续开发出具有新加成方式的富勒烯多加成衍生物，并探索其光学、电化学性质及光电转换性能等，为其在各领域的应用提供参考。

作为有机功能材料，富勒烯多加成衍生物是一种具有广阔应用前景的有机光电材料。因此，深入研究富勒烯多加成衍生物的合成及性质有着重要意义。本项目主要研究了a.脂肪族酮类及芳酮类羰基化合物与富勒烯反应；b. 1, 2-二氢呋喃环稠合富勒烯衍生物和1, 2-亚甲基桥联富勒烯衍生物系列产物的合成； c. 富勒烯衍生物进一步衍生化； d. 闭合[5,6]环稠合C70 δ位加成产物合成研究； e. 测定所得到的系列产物的光学、电化学、光电转换性能、太阳能电池性能等。对脂肪族酮类在碱性条件下与C60反应进行了深入研究，丙酮和环己酮等其它酮与C60反应形成产物不同，经过单晶培养及获得的单晶解析，发现丙酮与C60反应的主产物为新型的[5,6]-开笼C60多加成产物。合成1,2-二氢呋喃环稠合富勒烯衍生物和1,2-亚甲基桥联富勒烯衍生物系列产物，研究结果发现，通过调控加入碘的时机及原料摩尔比可以选择性控制反应进行，当先加入碘后加碱时可以选择性控制形成1,2-亚甲基桥联富勒烯衍生物；当先加入碱后加入碘时可以选择性控制形成1,2-二氢呋喃环稠合富勒烯衍生物。在电解还原条件下合成在一般条件下难以得到的闭合[5,6]环稠合C70 δ位加成产物，获得了α、β、δ位C70加成产物的单晶结构，展示了在C70赤道带键离域的情况。在C60(QM)2（C60邻醌二甲烷二加成产物）的电化学合成研究中获得了cis-2，trans-3和e C60(QM)2的纯的区域异构体，并通过单晶X射线衍射解析了它们的结构。研究发现在基于聚（3-己基噻吩）(P3HT)的有机太阳能电池中，cis-2和trans-3区域异构体显示出比e区域异构体更好的光伏性能。本项目合成了一系列结构新颖的富勒烯衍生物，尤其是探索出新的加成方式对发展富勒烯化学研究及推动富勒烯衍生物应用具有重要研究价值和科学意义。