[发明专利]吡咯衍生物对碳同素异形体的加合物

说明书

本发明描述了由式(I)的吡咯衍生物和其中碳是sp²杂化的碳同素异形体，例如碳纳米管，石墨烯或纳米石墨，炭黑形成的加合物。该吡咯衍生物在氮原子带有适合于改进所述同素异形体物理化学特征的取代基。还描述了所述加合物的制备方法。加合物从式(I)的吡咯形成，其中X选自如权利要求中限定的其它取代基

本发明涉及由其中碳是sp²杂化的碳同素异形体，例如碳纳米管，石墨烯或纳米石墨，炭黑，和由吡咯衍生物形成的加合物，在所述吡咯衍生物中，氮原子带有适合于主要通过在有机液体介质中和在有机聚合物基质，优选亲油性质的有机聚合物基质中增加其分散性和稳定性来改进所述同素异形体的物理化学特征的取代基。

根据Treccani百科全书中的定义，在化学中的亲油描述了在油和脂肪中容易溶解的物质、原子、分子等。因此，在皂分子中，脂肪酸中的烃基残基是亲油的，而羧基是亲水-亲油的。

同样根据Treccani百科全书中的定义，同素异形现象是在化学元素中，在固态中存在原子的不同排列和因此不同晶体结构相区分的形式。已知存在许多碳同素异形体。第一组是指碳原子的杂化。在金刚石中，碳原子是sp³杂化的。在其他的同素异形体中，碳原子是sp²杂化的。

在具有sp²杂化碳原子的同素异形体当中，可以提及下述：石墨烯、由若干层石墨烯层(从几个单位到数十个)组成的纳米石墨、石墨、富勒烯、纳米环、纳米锥、石墨烯纳米带、单壁或多壁碳纳米管，和炭黑(也称为灯黑)。石墨烯是一层碳原子并由此具有一个碳原子的厚度。单壁碳纳米管可以被视为卷起的石墨烯层。石墨、多壁碳纳米管和炭黑由石墨烯层构成。石墨由以约0.34nm的典型间距堆叠在结晶聚集体(aggregate)中的可变数量的石墨烯层组成。堆叠层的数量可以小于约10，但也可以达到几千。多壁碳纳米管可以被视为有若干层卷起的石墨烯层形成。正如已经提及的，单壁纳米管由一层形成，和多壁纳米管由若干层形成。在这些同素异形体的每个中，环作为基本单元存在。这些环典型地可以具有5或6个碳原子。在这些环中，存在在芳族多环体系上离域的在π轨道中的电子。这是可能的，因为环全部稠合并形成单一体系。芳族多缩合体系的最简单实例是芳族多环(包括：芘、菲、蒽)。具有sp²杂化碳的碳同素异形体构成具有不同平面度的芳族多缩合体系的等价物。为了使体系被定义为芳族，必须满足三个条件：(a)该体系必须是环状的，(b)环原子必须全部具有sp²杂化并且π电子的和必须满足休克尔规则(π＝4n+2，其中n是包括0的整数)，(c)该体系必须是平面的。在石墨烯的情况下，所有要求均满足。在非平面的碳同素异形体，例如富勒烯和碳纳米管的情况下，曲率影响平面性的状况。然而，这些体系仍可以被定义为芳族并它们代表例外。

其中碳是sp²杂化的碳同素异形体可以分为“纳米的”和“纳米结构的”。

当化学物质具有至少一个小于100nm的尺寸时，其被定义为“纳米的”。碳同素异形体如富勒烯、碳纳米管、石墨烯和纳米石墨是所谓的“纳米的”同素异形体。石墨烯是一层sp²杂化的碳原子，它具有一个碳原子的厚度并由此具有纳米尺寸。碳纳米管具有数纳米的直径。如上所述，由结晶聚集体形成石墨，而结晶聚集体本身由堆叠的石墨烯层形成。当堆叠的石墨烯层的数量低，从小于10到数十时，在与层正交的方向上结晶聚集体的尺寸范围为数nm到数十纳米。这些石墨因此被称为纳米石墨。单个管道可从它们互相缠结的混乱状态中分离。还可以将具有不同初始的堆叠层数的石墨进行剥离，得到具有低的堆叠层数的纳米石墨，以及石墨烯。