[发明专利]一种富勒烯衍生物及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明属于化学合成技术领域，具体涉及一种富勒烯衍生物，并进一步公开其制备方法，及其用于制备四棱锥状N-甲基-3,4-富勒烯基吡咯烷的用途。

背景技术

1985年，美国R.F.Crul、R.E.Smallay和英国H.W.Kroto等科学家在用高能激光脉冲向石墨时，意外发现一系列以C₆₀为代表的碳离子簇，后来将这称之为富勒烯或足球烯，由此富勒烯作为碳元素的第三种同素异形体脱颖而出。后来受到建筑设计师巴克明斯富勒(BuckminsterFuller)设计的拱形圆屋顶的启发，Kroto等人终于确定了C₆₀与拱形圆顶类似的封闭球形笼状结构，这与C₆₀的“稳定”性质相吻合。

富勒烯是碳的第三种同素异形体，其独特的三维球状空间结构和众多的双键赋予了它一些特殊的光、电、磁等物理及化学性质，在光调制、光开关、光电转换等光电器件和通讯等领域有着潜在的应用前景；并且富勒烯是天然的纳米尺寸的分子，有着独特的性质，尤其是高度对称的三维立体结构，在发光材料中引入富勒烯分子有可能使其结构的有序性更趋于完美，而使物理化学性质和性能得到较大的改善。富勒烯更是因其特殊的结构在化学、生物学、材料学、医学等领域显示出广泛的应用前景，其中最具代表性的是C₆₀在抗HIV病毒、抑制癌细胞增殖、清除自由基、抗菌、抗氧化、致使DNA裂解等方面具有独特的生物学活性。然而C₆₀在极性溶剂中的溶解性较差，靶向性不理想，限制了其在生物医学领域的应用。因此，制备具有特殊光、电性能，良好溶解性及靶向特异性的C₆₀衍生物，对今后探索其生物活性及拓展富勒烯基新材料具有重要的意义。

因C₆₀分子具有缺电子芳香烃的一些性质，它能发生环加成反应，亲核、亲电加成，自由基加成，包合反应，聚合反应，光化学反应，氧化还原反应等。[2+3]环加成反应是合成富勒烯衍生物的一个经典反应，其中1,3-偶极子是多种多样的，如叶立德类化合物、重氮化合物以及其它1,3-偶极子。甲亚胺叶立德是一类常见的1,3-偶极子，它的产生方法多种多样，由醛或酮与α-氨基酸加热缩合脱羧形成甲亚胺叶立德是其中最常用的方法，即α-氨基酸与醛反应经脱羧和失水后可制得甲亚胺叶立德。MicheleMaggini最早报道了这类反应，利用肌氨酸、甲醛和C₆₀在甲苯中回流，制得N-甲基富勒烯吡咯烷衍生物。也有更多的报道显示通过选择不同的醛、酮或氨基酸可以将生物活性基团或具特殊物理和电学性质的分子引入富勒烯，合成多种C₆₀吡咯烷衍生物。这些方法解决了富勒烯衍生物的多样化产品扩展，但是，现有制备方法依然存在着产物收率低的问题。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题在于现有技术中制备富勒烯衍生物的方法存在产品收率低的问题，进而提供一种制备富N-甲基-3,4-富勒烯基吡咯烷的方法；

本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种制备微米四棱锥状N-甲基-3,4-富勒烯基吡咯烷的方法。

为解决上述技术问题，本发明所述的制备N-甲基-3,4-富勒烯基吡咯烷的方法，包括如下步骤：

(1)在惰性气体保护下，取富勒烯溶于含有苯、二硫化碳和氯苯的混合溶剂中，得到富勒烯混合溶剂；

(2)向所述混合溶剂中分别加入新蒸甲醛和肌氨酸混匀，控制温度110-130℃反应2-3h；并继续向反应液中通入氩气，使其冷却至室温；

(3)将反应液过滤、浓缩，并进行硅胶柱层析分离，得到反应浓缩液；

(4)以石油醚淋洗反应浓缩液以除去未参加反应的富勒烯C₆₀，再用甲苯-石油醚混合洗脱剂淋洗剩余物，得到产物浓缩液；

(5)对所述产物浓缩液进行固液分离，并以甲醇清洗固体物质，随后真空干燥处理，得到目标产物。

所述步骤(1)中，所述苯、二硫化碳和氯苯的体积比为0.5-2:1-4:1-3，并优选1:3:2。

所述步骤(1)中，所述富勒烯与所述混合溶剂的质量比为1:6-8，并优选1:7。

所述步骤(2)中，所述富勒烯C60、甲醛和肌氨酸的摩尔比为1：4-6：2-4，并优选1:5:3。

所述步骤(3)中，所述硅胶柱层析分离步骤中，以体积比为100:35-40的正己烷：甲苯溶液为流动相进行洗脱。

所述步骤(4)中，所述甲苯和石油醚的体积比为1:1。