[发明专利]多氯代多环芳烃的电加热合成方法

说明书

技术领域

本发明涉及多氯代多环芳烃，尤其是涉及多氯代多环芳烃的电加热合成方法。

背景技术

自从1985年，美国的Smally、Curl和英国的Kroto等(H.W.Kroto,J.R.Health,S.C.O’Brien,R.F.Curl,R.E.Smalley,C 60:Buckminster Fullerence[J].Nature 1985,318,162-163.)在激光脉冲蒸发石墨的实验过程中发现了富勒烯C₆₀以来，富勒烯边引起了科学界的广泛关注和极大的兴趣。全世界各国各地的科学家对富勒烯的合成方法和潜在的应用方面展开了各种各样的研究。对于富勒烯的合成方法的研究，自富勒烯被发现以来人们就没有停止过对它的探索，目前已经有的方法有石墨激光汽化法、石墨电弧放电法、太阳能法、火焰燃烧法、多环芳烃热裂解法、液相电弧法、辉光放电法和微波等离子体法等等。这些方法大大丰富了富勒烯研究领域，并为我们研究富勒烯的形成开辟了新的道路。

虽然富勒烯的合成方法有许多种，有的方法还实现了商业化工业化的生产，但是富勒烯的形成机理至今也没有一个令所有人都信服的定论。科学家们提出的形成机理有五元环道路、富勒烯道路、大环融合道路和高温巨型碳球收缩道路等等。这些机理包括逐步将C₂片段加到较大碗状碳原子的边缘，由于五元环的存在使分子卷曲形成闭笼的富勒烯，或者是C₂片段插入到小的富勒烯中使其生长为大富勒烯、C₂片段与大环聚炔类碳簇进行碰撞融合而重排形成富勒烯，再或者是巨型富勒烯在高温下逐渐失去小片段而形成稳定的富勒烯。许多文献显示，这些多氯代碳簇和富勒烯在同一个反应条件下由氯仿生成，应有着同样的生长机理，且是富勒烯形成过程中的反应中间体。因此多氯代多环芳烃的合成和研究对探究富勒烯的形成机理具有重大的意义。

于是，一种能条件可控、操作简单和生成产物温度的合成富勒烯中间体多氯代多环芳烃的合成装置就显得十分必要，而我们在此就介绍了这种新颖的方法。

合成全氯代多环芳烃的方法有：液相电弧放电法(R.B.Huang,W.J.Huang,Y.H.Wang,Z.C.Tang,L.S.Zheng,Preparation of Decachloro-corannulene and other Perchlorinated Fragments of Fullerenes by Electrical Discharge in Liquid Chloroform[J].J.Am.Chem.Soc.1997,119,5954-5955.)，生成一系列全氯代碳簇，包括具有碗状结构的全氯代心轮烯C₂₀Cl₁₀，辉光放电法(S.Y.Xie,R.B.Huang,S.L.Deng,L.J.Yu,L.S.Zheng,Synthesis,Separation,and Characterization of Fullerenes and their Chlorinated Fragments in the Glow Discharge Reaction of Chloroform[J].J.Phys.Chem.B.2001,105,1734-1738.)，微波等离子体法(S.Y.Xie,R.B.Huang,L.J.Yu,J.Ding,L.S.Zheng,Microwave Synthesis of Fullerenes from Chloroform[J].Appl.Phys.Lett.1999,75,2764-2766.)，激光溅射法(S.Y.Xie,R.B.Huang,J.Ding,L.J.Yu,Y.H.Wang,L.S.Zheng.Formation of Buckminsterfullerene and its Perchlorinated Fragments by Laser Ablation of Perchloroace-naphthylene[J].J.Phys.Chem.A,2000,104,7161-7164.)和四氯化碳溶剂热反应法(Su-Yuan Xie,Yin Peng,Meng Chen,Rong-Bin Huang,Yuan L.Chow,and Lan-Sun Zheng.On Assembling Polychlorinated Aromatic Hydrocarbons from Carbon Tetrachloride via Dichlorocarbene Intermediary by a Solvothermal Reaction:A Reaction Pattern from Carbene-Ylide Interconversion J.Org.Chem.2005,70,1400-1407)等。这些方法都生成了大量的多氯代碳簇化合物，大多数都是全氯代多环芳烃化合物。但是这些方法都有他们各自的缺点，比如说微波等离子体法产率不高、装置构成过于复杂、对腐蚀性反应源的引入有很大的限制，又如由不锈钢腔体制成的电弧放电装置的缺点是作为反应腔体的金属很容易受到被引入的氯所产生的酸性物质的腐蚀，时常使反应过程中断进行必要的修理才能进行反应。有人对这种不锈钢金属容器进行了改进，使用玻璃材质的器皿作为放电的反应腔体，但是这套装置也存在着很多缺点，如气密性不好，需要在反应过程中一直抽真空，这样对昂贵的高纯氦的消耗非常大，还有反应过程中的排气量很大，不能对体系进行加氯等反应物，且合成的物质随抽空的气流流走，不便于产物收集。而一直是合成富勒烯的最为有效率方法的电弧法(W.L.D.Lamb,K.Fostiropoulos,D.R.Huffman,Solid C 60:A New Form of Carbon[J]Nature 1990,347,354-358.)也存在着一旦起弧就难以改变反应条件的缺点，使得反应条件相对较局限。