含磷手性富勒烯的设计合成及性质研究

Nano-sized chiral fullerenes, especially the phosphorus-contained chiral fullerenes, which combined the reactivity and biological activity of phosphorus, reveal potential applications in chiral medicine and material science. However, the immature synthetic methodology of chiral phosphorylated fullerenes severely limited the development of nano fullerene chemistry. Based on the characteristics of chiral fullerenes, this project will investigate the reactivity of fullerene and functional groups independently, raises and selectively synthesize phosphorus-containing chiral fullerene according to a new synthetic strategy and plans to develop proper catalyst to enantioselectively synthesize phosphorylated chiral fullerene. The proposal will discuss the mechanism, shed light on the similarities and differences of chirality in nano and traditional fields, study the catalyst, coordination and photoelectric properties of nano-scaled chiral fullerenes and provide the material basis and theoretical support of the application of phosphorus-containing chiral fullerenes in synthesis and material field.

具有纳米尺寸的手性富勒烯，特别是结合了磷的反应性及生理活性的含磷手性富勒烯，在手性药物、材料等方面具有潜在的应用价值。鉴于目前含磷手性富勒烯的合成方法单一、耗时费力等不足，本项目根据手性富勒烯的特点，分别从富勒烯及官能团的反应性两个角度出发，提出含磷手性富勒烯合成的新策略，发展合适的手性催化剂，进行含磷手性富勒烯的立体选择性研究。阐述反应机理，揭示纳米手性与传统手性在性质方面表现出的异同，研究纳米级含磷手性富勒烯的催化、配位及光电性质，为其在合成、材料等领域的应用提供物质基础及理论支撑。

手性含磷富勒烯是富勒烯化学的重要组成部分，在医学、纳米材料、合成等领域都有着潜在应用。但目前手性含磷富勒烯的合成报道有限，本项目以手性含磷富勒烯的合成为主要研究目标，通过产物的性质研究以探索其在应用领域的价值。项目的开展包括手性含磷富勒烯的直接合成和含磷富勒烯的手性再构建两个思路。首先，我们发展了富勒烯与苯基卤化磷及水、醇等在无催化剂存在下一步制备含磷富勒烯的方法，并研究了反应的反应机理。这一研究为含磷富勒烯的制备提供了新方法，为手性含磷富勒烯的制备提供了新思路。发展了富勒烯与手性磷试剂在无催化剂时简单一步合成手性含磷富勒烯的方法，并研究手性含磷富勒烯的光谱学特征，为手性富勒烯的性质研究打下物质基础。其次，我们进行了含富勒烯的P-H试剂的制备及含富勒烯的亚磷酸酯的还原，通过改变试剂、温度、催化剂、溶剂等反应条件对反应结果进行了分析，为后续手性含磷富勒烯的再构建提供参考。最后，我们采用芳基炔与P-H试剂的反应，构建反应模型，发展了由芳基乙炔在非金属催化下和亚磷酸二烷基酯在无溶剂、非金属催化剂下生成1-芳基乙烯基亚磷酸二烷基酯的反应。通过对富勒烯和芳基炔与磷反应的不同进行研究，揭示富勒烯化学和经典有机化学在该类反应中反应机理的异同。乙烯基亚磷酸二烷基酯在材料、生物医学和合成领域都有着重要应用，该类化合物的合成也具有重要意义。