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本论文首先介绍了氮杂富勒烯领域中的一些基础知识、概念和化学反应类型,以及最新的实验和理论上的研究进展等,然后针对本人所开展的工作,以氮杂富勒烯的合成与衍生化为主题,取得以下几个方面的结果:
1、发现一种新的制备氮杂富勒烯的方法。我们从双羰基化合物出发,通过与羟胺反应生成羟胺关孔的产物。再经过与五氯化磷的重排反应生成富勒烯内酰胺产物,富勒烯内酰胺产物与碱性氧化铝作用生成氮杂富勒烯。为了验证氮杂富勒烯的结构,我们对其进行溴化反应。并且拿到了溴化产物的晶体结构,这是氮杂富勒烯类化合物的第一个晶体。从而进一步证实了氮杂富勒烯的结构。
2、探索了氮杂富勒烯的衍生化反应,合成了多种氮杂富勒烯衍生物,尤其是其中含有两个氮原子、三个氮原子的富勒烯衍生物,为制备双氮杂富勒烯开辟了一条新的道路。我们从化合物C59Br(N)(OOtBu)44出发,首先探索了化合物4的反应性。发现溴原子具有一定的活泼性,可以被取代。之后将化合物4与羟胺反应生成溴被羟胺取代的产物,此产物与五氯化磷发生重排反应,在富勒烯骨架上引入一个氮原子,之后再与羟胺反应,生成氯原子被羟胺取代的产物,此产物再次与五氯化磷发生重排反应,生成一个对称的含有三个氮原子的产物。
3、对富勒烯内酰胺化合物的化学性质进行了研究,发现了几类富勒烯衍生物官能团转化的新反应,获得了一些结构新颖的富勒烯衍生物。例如化合物C60Cl(N)(=O)(OOtBu)42与醇类反应,生成氯原子被烷氧基取代的产物;而与羟胺反应则得到了加成产物。与溴在二氯甲烷做溶剂条件下,室温室光反应生成加成产物;而如果在苯做溶剂条件下,光照反应,则得到过氧叔丁基变成羟基的产物。另外,通过乙氧基取代产物的晶体结构,从而进一步证实了化合物2的结构。同时也探索了化合物2的衍生物与溴在不同条件下的反应。