[发明专利]杂原子掺杂的花烯衍生物及其合成方法

说明书

本发明杂原子掺杂的花烯衍生物及其合成方法，其结构式为：本发明方法原料易大量制备、合成步骤较短，操作温和，收率良好。不需要采用高温热裂解的方法，具有条件温和、易大量制备的优点。本发明的碘杂花烯盐化合物（I）和硒杂花烯（III）为首次合成，具有原创性。化合物（I）在制备其它多环芳烃化合物方面具有重要的价值。硫杂花烯化合物具有特殊的曲面结构（Buckybowl），类似于富勒烯的一部分，在新材料的研究和超分子识别等领域具有重要的应用价值。

技术领域

本发明涉及一种杂原子掺杂的花烯衍生物及其制备方法。特别是一种在碗状芳香化合物花烯(Sumanene)的分子骨架中引入杂原子形成的杂原子掺杂的花烯衍生物及其制备方法。

背景技术

巴基碗(buckybowl)，是一类具有代表性的曲面多环芳烃化合物，其结构上类似于富勒烯的一个片段或者是碳纳米管的封端结构，其最大的特点在于其弯曲的表面，且形状与碗类似，名字便由此而来。巴基碗由于其结构新颖独特，具有新奇的物理化学性质，并且在有机光电材料方面具有潜在的应用价值，比如它们可用来合成富勒烯和尺寸均一、手性可控的碳纳米管以及卷曲的石墨烯等多碳材料。另外，其在本身作为有机发光及导电材料逐渐成为近年来的一个研究热点。巴基碗这类分子碗化合物的最大特征在于多环芳烃边缘或中间引入一个或多个五元环，它的代表性分子主要有两类，一类是荧蒽烯(Corannulene)，另一类便是花烯(Sumanene)。

花烯(Sumanene)作为巴基碗的其中一类代表性的分子碗化合物，呈C_3v对称性，具有很大的张力，其合成具有极大的挑战性。2003年，Hirao和Sakurai等人成功在Science上发表了花烯的全合成(Science 2003,301,1878)，随后的研究表明这种新型的分子碗化合物在配位化学和电子材料领域具有特殊的性质。在花烯骨架中掺杂杂原子，比如B，N，S，Si等，用这些原子来代替碳原子，会很大程度上引起结构和性质上的改变。例如，2012年，谭启涛等人报道了三氮杂花烯的合成(Nat.Commun.2012,3,891)，他们用吡啶环替换了原本苯环的位置，进一步研究表明在这种杂原子的引入导致花烯的结构和性质的极大改变，碗的深度增加，而且得到的花烯分子具有手性，并且由于碗深度的增加，其不易消旋化，可以实现手性合成。

1999年，Imamura等人首次报道了利用真空热解(FVP)作为关键步骤的硫杂花烯的合成(Chem.Commun.1999,1859)。但是此路线存在着原料不易合成，需要高温(1000℃)、低压(0.005Torr)以及总收率低(0.7％)等缺点，这些缺点促使我们寻找更为有效实用的合成路线。2014年，李学香等人通过高效地合成了边缘全被烷氧基取代的硫杂和硒杂花烯(Angew.Chem.Int.Ed.2014,53,535)，但是该方法无法合成其未取代的母体结构。因此，开发一种新型有效的合成方法来合成杂原子掺杂的花烯化合物具有重要的理论意义和应用价值。另外，卤化物从未被引入到巴基碗分子的基本骨架中，本专利首次制备了碘杂花烯，并从此化合物出发，通过温和、高效的合成方法合成了硫杂花烯和烯杂花烯分子，为这类分子在有机光电材料和超分子识别等领域的应用奠定了基础。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种杂原子掺杂的花烯衍生物。

本发明的目的之二在于提供该类衍生物的制备方法。

为达到上述目的，本发明方法采用的反应机理为：

根据上述反应机理，本发明采用如下技术方案：

一种杂原子掺杂的花烯衍生物，其特征在于化合物的结构式为下列之一：

a.OTf为三氟甲磺酸根。

b.

c.

一种杂原子掺杂的花烯衍生物，其特征在于化合物的结构式为下列之一：