通過直流電弧放電法,三氯苯和二硫化碳兩種溶劑分別提取,HPLC多步分離,得到一系列異構體純的內嵌金屬(Y,Pr)富勒烯,其中包括單金屬富勒烯Pr@C82,雙金屬富勒烯Y2C2n(n=41-47),及三金屬氮化物富勒烯Y3N@C2n(n=40,43,44)。對分離得到的金屬富勒烯進行了激光解吸飛行時間質譜及紫外可見近紅外吸收光譜表征,并進行了電化學性質研究。利用得到的吸收光譜結果,對部分金屬富勒烯的結構進行了推測。并對Pr@C82、Y2C90(Ⅰ)、Y2C94(Ⅰ)的化學功能化進行了研究,利用界面擴散法培養(yǎng)出Pr@C82衍生物的單晶。在分離得到的金屬富勒烯中,將Y2C86、Y2C88、Y2C90(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ)、Y2C92、Y2C94(Ⅱ)分別與文獻報道的內嵌金屬富勒烯的UV-Vis-NIR吸收光譜進行對比,發(fā)現(xiàn)Y2C86與文獻報道的通過理論計算的Y2C2@D2d(23)-C84,Y2C90(Ⅰ)與M2C90(M=Dy、Er、Gd)、Sm2@D2(35)-C88,Y2C92與Er2C92(Ⅱ),Y2C94(Ⅱ)與Gd2C94(Ⅱ)、Er2C94及Dy2C94(Ⅱ)具有相似的吸收光譜,推測出Y2C86及Y2C90(Ⅰ)分別為碳化物內嵌金屬富勒烯Y2C2@D2d(51591)-C84及Y2C2@D2(35)-C88。研究了Pr@C2v(9)-C82、Y2C90(Ⅰ)及Y2C94(Ⅰ)的籠外化學修飾。進行了Pr@C2v(9)-C82、Y2C90(Ⅰ)與重氮金剛烷(AdN2)的反應,通過HPLC分離得到金屬富勒烯的加成主產物,并對產物進行了MALDI-TOF質譜和UV-Vis-NIR表征。結果表明加成主產物都為單加成,其中Pr@C2v(9)-C82Ad的兩個單加成產物UV-Vis-NIR吸收光譜與原始的EMFs類似,說明發(fā)生開環(huán)加成,具有開環(huán)橋式結構。Y2C90(Ⅰ)Ad的UV-Vis-NIR吸收光譜與Y2C90(Ⅰ)相比,發(fā)生了改變,推測可能為閉環(huán)加成,具有環(huán)丙烷結構。對Y2C94(Ⅰ)與N-三苯甲基-5-惡唑皖酮的Prato反應進行研究,通過MALDI-TOF質譜分析生成一種單加成產物。Pr@C82Ad的電化學研究表明,Pr@C82的兩個單加成衍生物具有良好的供電子和接受電子的能力,即具有有氧化性又具有還原性。Pr@C82Ad的單晶結構進結果顯示其碳籠結構為C2v構型,反應是[6,6]開環(huán)加成,Ad基團加到靠近金屬位置的[6,6]鍵上,與其它M@C82-Ad相比,Pr@C82Ad籠內金屬具有無序性。通過B3LYP密度泛函計算研究了重氮金剛烷與Pr@C82加成產物Pr@C82Ad的結構,得到兩種主產物,與實驗結果相符。
【學位單位】：黑龍江大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2015
【中圖分類】：O611.4
【文章目錄】：
中文摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 引言
    1.2 內嵌金屬富勒烯的種類
        1.2.1 單金屬富勒烯（Monometallofullerenes）
        1.2.2 雙金屬富勒烯（Dimetallofullerenes）
        1.2.3 三金屬富勒烯（Trimetallofullerenes）
        1.2.4 原子簇富勒烯（Clusterfullerenes）
    1.3 內嵌金屬富勒烯的制備
        1.3.1 內嵌金屬富勒烯的合成
        1.3.2 內嵌金屬富勒烯的提取
        1.3.3 內嵌金屬富勒烯的分離
    1.4 內嵌金屬富勒烯的化學功能化
        1.4.1 雙硅烷基化反應
        1.4.2 與重氮化合物反應
        1.4.3 Prato反應
        1.4.4 Bingel-Hirsch反應
        1.4.5 Diels-Alder反應
        1.4.6 自由基反應
        1.4.7 羥基化反應
    1.5 立項依據(jù)與主要研究內容
        1.5.1 立項依據(jù)
        1.5.2 研究內容
第2章 實驗儀器設備與化學試劑
    2.1 實驗設備
    2.2 實驗化學試劑
    2.3 金屬富勒烯研究中常用的測試手段
        2.3.1 高效液相色譜（HPLC）
        2.3.2 基質輔助激光解吸飛行時間質譜（MALDI-TOF）
        2.3.3 紫外-可見-近紅外吸收光譜（UV-Vis-NIR）
        2.3.4 循環(huán)伏安（CV）
        2.3.5 X射線單晶衍射
第3章 （Y,Pr）內嵌金屬富勒烯的合成及提取
    3.1 引言
    3.2 實驗部分
        3.2.1 陽極石墨棒的制備
        3.2.2 電弧放電過程
        3.2.3 金屬富勒烯的提取
    3.3 結果與討論
        3.3.1 放電電流的確定
        3.3.2 氦氣壓力的確定
        3.3.3 二硫化碳提取結果分析
        3.3.4 三氯苯提取結果分析
        3.3.5 DMF提取結果分析
        3.3.6 吡啶提取結果分析
    3.4 本章小結
第4章 （Y,Pr）內嵌金屬富勒烯的分離及結構研究
    4.1 引言
    4.2 實驗方法
        4.2.1 Y-EMFs及Pr-EMFs的合成
        4.2.2 Y-EMFs及Pr-EMFs的提取
        4.2.3 EMFs的分離
        4.2.4 內嵌金屬富勒烯的UV-vis-NIR吸收光譜研究
        4.2.5 電化學性質研究
    4.3 結果與討論
2V（9）-C₈₂的HPLC分離'>        4.3.1 Pr@C_2V（9）-C₈₂的HPLC分離
        4.3.2 Y-EMFs二硫化碳提取液的第一輪分離
2C₈₂的分離'>        4.3.3 Y₂C₈₂的分離
2C₈₆、Y₂C₈₄的分離'>        4.3.4 Y₂C₈₆、Y₂C₈₄的分離
2C₉₀三個異構體的分離'>        4.3.5 Y₂C₉₀三個異構體的分離
2C₉₂的分離'>        4.3.6 Y₂C₉₂的分離
2C₉₄的分離'>        4.3.7 Y₂C₉₄的分離
        4.3.8 金屬釔氮化物的分離
        4.3.9 色譜分離方法討論
        4.3.10 釔內嵌金屬富勒烯的紫外可見近紅外吸收光譜研究
2C₉₄（Ⅰ）的電化學性質研究'>        4.3.11 Y₂C₉₄（Ⅰ）的電化學性質研究
    4.4 本章小結
第5章 （Y,Pr）內嵌金屬富勒烯的化學功能化
    5.1 引言
    5.2 實驗方法
82及Y₂C₉₀（Ⅰ）的化學功能化'>        5.2.1 Pr@C₈₂及Y₂C₉₀（Ⅰ）的化學功能化
2C₉₄與N-三苯甲基5噁唑烷酮的反應'>        5.2.2 Y₂C₉₄與N-三苯甲基5噁唑烷酮的反應
    5.3 結果與討論
2C₉₀（Ⅰ）與重氮金剛烷的反應'>        5.3.1 Y₂C₉₀（Ⅰ）與重氮金剛烷的反應
2C₉₄（Ⅰ）的Prato反應'>        5.3.2 Y₂C₉₄（Ⅰ）的Prato反應
82與重氮金剛烷（AdN₂）的反應'>        5.3.3 Pr@C₈₂與重氮金剛烷（AdN₂）的反應
    5.4 本章小結
結論
參考文獻
致謝
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本文編號：2874764