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含相邻五元环富勒烯(C50、C56、C60)的氯稳定化其氢化、氧化反应

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自1985年C60被发现以来，富勒烯的研究取得了长足的进步，尽管在此期间发现了很多富勒烯的新成员，独特的结构和物化性质也都表明其在生活和科研的各个方面都有着广泛的应用前景，然而目前真正得到商业化的仅有包括C60在内有限的几种，这主要是因为大多数富勒烯结构中相邻五元环的存在，违背了IPR(Isolated Pentagon Rule)规则，因而十分活泼，难以被捕获，此类富勒烯即非IPR富勒烯。富勒烯研究的重点之一即非IPR富勒烯的稳定化。理论研究表明许多富勒烯的可能是稳定富勒烯形成的中间体，因而对于富勒烯形成机理的探索不可或缺。通过对这些活泼富勒烯的捕获，从实验上揭开这些神秘大分子的结构及性能。
　　 目前非IPR富勒烯主要是通过石墨电弧放电法以内嵌或外接的方式得以稳定下来。本实验室于2004年成功捕获并表征了第一个外接衍生化的非IPR富勒烯C50Cl10，之后通过改进方法优化条件又相继得到了近20种含相邻五元环富勒烯。本论文的工作即对采用石墨电弧放电法引入氯源而得到的氯化富勒烯进行高效液相色谱分离，得到了两种新型非独立五元环富勒烯异构体Cs-＃1，809C60Cl8、C2-＃916C56Cl12，对其进行了确切的表征，并对Cs-＃1，809C60Cl8进行氢化反应研究。分离过程中还得到第一个小富勒烯氧化物C50Cl10O，对其结构及氧化机理进行了探讨和实验验证。本论文主要内容共分为五个部分：
　　 第一章：介绍了富勒烯的发现之旅、合成方法、及其在各个领域应用的研究现状。重点对富勒烯家族中化学性质活泼，难以捕获的非IPR富勒烯及其稳定方法一内嵌和外接衍生化进行了介绍，非IPR富勒烯本身具有的反应活性恰恰是富勒烯衍生化得到具有优良性能的新材料的前提，因此发现新的非IPR富勒烯及对其性能进行表征显得尤为重要，以此为主线，本论文的实验工作得以开展。
　　 第二章：继本实验室成功表征C60Cl8的两种异构体：Ih-C60Cl8，C2v-＃1809C60Cl8之后，其第三种异构体Cs-＃1809C60Cl8得以明确表征。此异构体具有与C2v-＃1809C60Cl8相同的碳笼，但外接氯原子的方式发生了变化，与本实验室不久前表征的Cs-＃1809C60H8结构上却十分吻合，基于此，对这两种＃1809C60Cl8进行了氢化实验，反应产物分析发现了Cs及C2v-＃1809C60H8两种异构体，本章重点对此进行了阐述和探讨。
　　 第三章：本章将介绍C56的第三个异构体D2-＃916C56以C2-＃916C56Cl12的形式成功被捕获并得以表征。发现C60的气相实验，同时也揭示了小富勒烯C56仅次于C60、C70的可观强度，这使得其作为活泼的小富勒烯的代表被广泛研究。C56理论上有924种异构体，Cs-＃864C56，C2v-＃913C56，C2-＃843C56及D2-＃916C56是其中能量最低的四个异构体。Cs-＃864C56，C2v-＃913C56，已于最近分别以＃913C56Cl10和＃864C56Cl12的形式捕获下来并得到确切表征。本章还对C2-＃916C56Cl12的紫外可见光谱和循环伏安曲线进行了测定，结果显示了其良好的光电性能，预示着其在太阳能电池等光电领域中的潜在应用。
　　 第四章：在对石墨电弧放电法合成得到的混合物的分离过程中得到C50的第一个氧化物C50Cl10O，X-单晶衍射表征确切无误地揭示了其环氧化结构。为了探究氧原子来源设计了一系列以C50Cl10为反应物的对照实验，实验结果表明在氧气的存在下，C50Cl0可通过紫外辐射得到，其光谱表明其与分离得到的C50Cl10O为同一化合物，从而证实了其光致氧化机理。本章将对其结构和氧化机理的实验验证过程进行阐述和分析。
　　 第五章：本论文涉及工作的总结及后续的工作的展望。

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