[发明专利]含相邻五元环富勒烯的合成方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种富勒烯，尤其是涉及一种采用宏量合成含相邻五元环富勒烯氯化衍生物的方法。

背景技术

富勒烯是一类由五元环和六元环组成的空心碳笼。其中五元环为固定数目12个，而六元环的数目不限。1987年，因发现富勒烯而获得诺贝尔化学奖的Kroto教授提出了稳定富勒烯的“独立五元环规则”(H.W.Kroto，The stability of the fullerenes C_n，with n＝24，28，32，36，50，60 and 70.Nature 1987，329，529-531)，他认为相邻五元环会带来较大的弯曲能，所以稳定的富勒烯碳笼应该不含相邻的五元环。这一规则因与实验结果相符合而在富勒烯研究领域被当作公理使用。符合“独立五元环规则”的富勒烯被称之为常规富勒烯，反之，不符合“独立五元环规则”的富勒烯则被称之为非常规富勒烯。

非常规富勒烯尽管结构上不稳定，但是在富勒烯研究中却非常重要。因为一方面许多非常规富勒烯是合成常规富勒烯的前体和中间产物，研究其结构和性质对于了解富勒烯的形成机理非常重要；另一方面非常规富勒烯的同分异构体数目是常规富勒烯的近100倍，若能够通过某种方式对富勒烯进行修饰使其稳定下来，则无异于打开了一座新材料宝库的大门；而且，由于非常规富勒烯球体上的相邻五元环，导致高弯曲率和增强的应力，其固体会具有不同寻常分子间作用力和电子性质(C.Piskoti，J.Yarger & A.Zettl，C36，a newcarbon solid，Nature.1998，393，771-774)。

在合成非常规富勒烯(non-IPR Fullerene)上，由于其结构上的不稳定，化学衍生是重要手段。就目前已知的衍生化稳定反应和其对应得非-IPR产物，可以将非常规富勒烯的衍生化反应分为两大类：(1)endo-络合配位，得到内嵌金属富勒烯；(2)exo-加成，得到富勒烯外球面加成物。

在这些已知的非-IPR产物中，C₅₀Cl₁₀，Sc₂@C₆₆和Sc₃N@C₆₈的结构已经过明确表征，La₂@C₇₂，Sc₂@C₇₂，Sc₂C₂@C₆₆，C₃₆H₆，C₅₀Cl₁₂，C₅₀Cl₁₀，C₅₄Cl₈，C₅₆Cl₁₀等也已经阐述过。当然，还有更大数量的非经典富勒烯还没有宏量合成出来，甚至在质谱上都没有检测到。这亟需一种可行的方法来捕获合成这些结构上不稳定的富勒烯。

理论预测C₆₀有1812个异构体，除I_h C₆₀以，其它异构体均含有不同数量的相邻五元环，因此能量都比除I_h C₆₀要高，由于从拓朴学上推算，不可能只存在一对相邻五元环，所以，含两对相邻五元环的C_2v C₆₀(#1809)是除I_h C₆₀外最稳定的一种C₆₀的异构体(S.J.Austin，P.W.Fowler，D.E.Manolopoulos，F.Zerbetto，The Stone-Wales map for C₆₀.[J]，Chem.Phys.Lett.1995，235，146-151)。