[发明专利]一种螺线管状磁性碳纳米材料及其制备方法

权利要求书

1.一种螺线管状磁性碳纳米材料，其特征在于其结构示意如下：

其中R₁、R₂、R₃、R₄各自独立地为氢、C_1-6烷基、C_1-6烷氧基、叔丁基、均三甲苯基，并且各个X是相同的碳、氧、或氮。

2.根据权利要求1所述的螺线管状磁性碳纳米材料，其特征在于：

所述螺线管状磁性碳纳米材料同时具有发光性能和磁性。

3.一种权利要求1所述的螺线管状磁性碳纳米材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤1：在0℃的温度下，在浓硫酸、卤单质及氧化剂的存在下，将式(Ⅱ)的化合物进行卤化反应，以得到相应的1,2,4,5位多功能化的式(Ⅲ)化合物；

步骤2：在65℃～80℃的温度下，在过渡金属催化剂、碱催化剂、相转移催化剂存在下，在混合溶剂中，将所述式(Ⅲ)化合物与带有硼酸酯基或硼酸基功能性化合物发生Suzuki-Miyaura交叉偶联反应，得到式(IV)化合物；

步骤3：在有机溶剂中，将所述式(IV)化合物与过量的联硼酸频那醇酯在室温条件下进行Miyaura硼酰化反应，或在80℃～100℃的温度下进行Miyaura硼酰化反应，从而得到式(Ⅴ)化合物；

步骤4：在有机溶剂存在下，在260℃～270℃的温度下，将所述式(Ⅵ)化合物与式(Ⅶ)化合物发生环加成反应，从而得到式(Ⅷ)化合物；

步骤5：在有机溶剂中，将所述式(Ⅷ)化合物与过量的联硼酸频那醇酯在室温条件下进行Miyaura硼酰化反应，或在80℃～100℃的温度下进行Miyaura硼酰化反应，从而得到式(Ⅸ)化合物；

步骤6：在纯有机溶剂或混合溶剂中，在碱催化剂和相转移催化剂的存在下，在80℃～150℃的温度下，使所述式(IV)化合物与所述式(Ⅸ)化合物进行Suzuki-Miyaura交叉偶联反应，或使所述式(Ⅴ)化合物与所述式(Ⅷ)化合物进行Suzuki-Miyaura交叉偶联反应，从而得到式(ⅩⅣ)化合物；

步骤7：在有机溶剂中，在催化剂存在下，在0℃的温度下，使所述式(ⅩⅣ)化合物进行脱氢芳香化反应，得到目标产物式(Ⅰ)化合物；

制备路线如下所示：

其中R₅、R₇、R₉各自独立地为卤素、如下式(Ⅹ)所示的对卤素取代苯基或下式(Ⅺ)所示的对卤素取代联苯基；R₆、R₁₀为氢；R₈、R₁₁为硼酸基或硼酸酯基团、如下式(Ⅻ)所示的对硼酸基或硼酸酯基团取代苯基、如下式(ⅩⅢ)所示的对硼酸基或硼酸酯基团取代联苯基；

其中R₁₂为卤素，R₁₃为硼酸基或硼酸酯基团，n为大于0的正整数；

其中R₅为卤素，R₁₁为硼酸基或硼酸酯基团，R₆和R₁₀为氢，得到式(Ⅰ)；

其中R₈为硼酸基或硼酸酯基团，R₉为卤素，R₆和R₁₀为氢，得到式(Ⅰ)；

步骤2中，所述碱催化剂为氢氧化钡；所述相转移催化剂为四正丁基溴化铵；所述混合溶剂为1,4-二氧六环和水，二者体积比为4/1；所述带有硼酸酯基或硼酸基功能性化合物为苯硼酸、4-联苯硼酸、苯硼酸频哪醇酯或4-联苯硼酸频哪醇酯；

步骤6中，所述纯有机溶剂为甲苯或1,2-二甲氧基乙烷；所述混合溶剂为甲苯或四氢呋喃与水复配后获得的混合溶剂；所述碱催化剂为碳酸钾、磷酸钾或碳酸钠；所述相转移催化剂为甲基三辛基氯化铵；所述Suzuki-Miyaura交叉偶联反应中，化合物(IV)或化合物(Ⅴ)在混合溶剂中的浓度范围为0.02M-0.2M，反应时间为5-14天；

步骤7中，所述有机溶剂为干燥的二氯甲烷或为干燥的二氯甲烷和乙醇构成的混合溶剂；所述催化剂为三氯化铁或二氯二氰苯醌；反应时长为15-48小时。