基于内嵌金属富勒烯的新功能材料的合成、表征及应用研究

内嵌金属富勒烯由于其独特新颖的结构以及潜在的应用前景而引起科学家广泛的研究兴趣。近年来，由于制备条件和分离技术的改进，内嵌金属富勒烯的产量得到了较大的提高，使内嵌金属富勒烯功能化和潜在应用的研究成为可能。与空心富勒烯相比，内嵌金属富勒烯既是好的电子给体又是好的电子受体。本项目拟利用内嵌金属富勒烯与金属配合物的反应合成内嵌金属富勒烯外接金属配合物这类"金属-碳笼-金属"三明治型结构，探索笼内金属和笼外金属对碳笼电子传输的规律，为将其应用于光电材料提供理论基础。同时还将探索内嵌金属富勒烯高选择性、高收率的衍生化反应，并以此为基础，设计与合成苝、卟啉-内嵌金属富勒烯二元和三元的电子给受体系，研究不同链接方式和电子给体对此体系光电转换性能的影响，并探索利用该体系优异的光电转换性质设计制备光伏器件。

通过项目组成员的集体努力，本项目按计划如期完成。按照研究计划，本项目以内嵌金属富勒烯衍生物的合成为主线，以合成内嵌金属富勒烯-卟啉二元体并研究其光电性质为最终目标。主要内容概述如下：.(1) 内嵌金属富勒烯衍生物的合成：以C60富勒烯为反应模版，将C60富勒烯上的经典反应应用到内嵌金属富勒烯衍生物的合成上。C60富勒烯与三苯基膦和丁炔二酸二甲酯的反应具有条件温和、收率高、后处理简单的特点，我们将内嵌金属富勒烯Sc3N@C80-Ih与三苯基膦和丁炔二酸二甲酯反应，通过优化反应条件，将原来的溶剂甲苯改为溶解性更好的二硫化碳，首次实现了Sc3N@C80-Ih衍生物的定量合成，收率为100%。所生成的产物溶解性极好，为其的应用奠定了良好的基础。.通过与中国科技大学杨上峰课题组合作，利用他们首次制备的内嵌金属富勒烯TiSc2N@C80-Ih，我们将其与溴代丙二酸二乙酯反应，首次得到了TiSc2N@C80-Ih的两种单加成产物，并通过HPLC将其分离出来，利用紫外-可见光谱和质谱对其进行了表征。.(2) 内嵌金属富勒烯-卟啉二元体的合成：用含醛基的卟啉与肌氨酸和内嵌金属富勒烯Sc3N@C80-Ih的prato反应合成了内嵌金属富勒烯-卟啉二元体，并对产物进行了初步表征。为了合成内嵌金属富勒烯与其他卟啉类似物如N-混杂卟啉的二元体，我们对N-混杂卟啉的衍生化反应进行了系统研究，发现了四种基于N-混杂卟啉的新反应，为合成内嵌金属富勒烯-N-混杂卟啉二元体提供了新的思路。同时为了熟悉环加成反应在内嵌金属富勒烯衍生化上的应用，我们探索了烯烃的1,3-偶极环加成反应，合成了一系列的新的杂环化合物，并利用所合成的杂环化合物研究了其余蛋白质的相互作用。.本项目从立项到结题，项目组成员先后发表36篇SCI学术论文；参加了中国化学会中国化学会第27届学术年会、第7届全国有机化学学术会议、第8届全国无机化学学术会议；申请发明专利7项；培养了7位研究生，其中毕业4位。