Untersuchungen zur Synthese und Eigenschaften von Fullerenchloriden mit Erweiterung auf Perfluoroalkylfullerene und gemischte Halogeno-Perfluoroalkylfullerene
Final Report Abstract
In diesem Projekt wurden die Synthesemethoden zur Herstellung der perfluoralkylierten Fullerene weiterentwickelt. Eine Optimierung der Synthese konnte durch Variationen der Reaktionstemperatur, der Reaktionsdauer und der Verwendung anderer Gefäßmaterialen erreicht werden. So konnten z.B. die Perfluoraklylierungsreaktionen in Quarzampullen (anstelle von Glasampullen) bei um ca. 100 grd (520- 550 °C gegenüber 400-420 °C vorher) höheren Temperaturen ausgeführt werden, wodurch die Reaktionszeiten bei gleichzeitiger Verminderung der Korrosion der Ampullen reduziert wurden. Unter Verwendung der üblichen sowie modifizierten Methoden wurden neue perfluoraklylierte Fullerene erhalten, wobei deren weitere Charakterisierung den Einsatz chromatographischer Methoden erforderte. Mittels HPLC Trennung war in einigen Fällen die Isolierung individueller perfluoralkylierter Derivate, sowie deren nachfolgende Kristallisation und strukturelle Untersuchung mittels Röntgenbeugungsmethoden an (typischerweise sehr kleinen) Einkristallen unter Verwendung von Synchrotronstrahlung möglich. Unter den perfluoralkylierten Fullerenderivaten konnten auf dieser Basis verschiedene Klassen mit unterschiedlichen Perfluoralkylgruppen synthetisiert und strukturell charakterisiert werden. Diese beinhalten: a) neue perfluoralkylierte C60 und C70 b) Perfluoralkylderivate mit längeren Alkylgruppen c) Perfluoralkyliden-Derivate d) perfluoralkylierte höhere Fullerene e) trifluormethylierte endohedrale Fullerene Ein weiteres Aufgabengebiet konzentrierte sich auf die Chlorierung von Fullerenen, insbesondere von höheren Fullerenen. Auf dieser Basis war die Charakterisierung neuer Fullerenkäfige und damit die Erweiterung unserer Kenntnisse über die chemische Reaktivität einiger bis jetzt unbekannter bzw. wenig bekannter Fullerene möglich. Sowurden mehrere neue Fullerenchloride von C78, C84, C88 und C90 erhalten und strukturell charakterisiert. Bei den Arbeiten zu Chlorierungsreaktionen von höheren Fullerenen wurden auch zwei neue Typen von Käfigumwandlungen in Fullerenen entdeckt. Zum einen Typ gehören skeletale Umwandlungen („Rotationen“) der C-C-Bindungen im Laufe des Chlorierungsprozesses. Zum zweiten Typ zählt die Entfernung eines C2-Fragments aus dem ansonsten chemisch und thermisch sehr stabilen Fullerenkäfig. Die erste Käfigumwandlung wurde bei der Chlorierung von Gemischen höherer Fullerene C76-C96 entdeckt. Die zweite gefundene Art von Käfigumwandlung beinhaltet die Entfernung eines C2-Fragmentes aus Cs-C86(16)Cl28, die unter zusätzlicher Nachchlorierung zum nicht klassischen Fullerenchlorid C84Cl32 führt, das ein Heptagon im Kohlenstoffkäfig enthält.
Publications
- Connectivity patterns of two C90 isomers provided by the structure elucidation of C90Cl32, Angew. Chem. Int. Ed. 2009, 48, 2584 –2587
E. Kemnitz, S. I. Troyanov
- Crystal structures of C94(CF3)20 and C96(C2F5)12 reveal the cage connectivities in C94 (61) and C96 (145) fullerenes, Angew. Chem. Int. Ed. 2009, 48, 9102 –9104
N. B. Tamm, L. N. Sidorov, E. Kemnitz, S. I. Troyanov
- Six IPR isomers of C90 fullerene captured as chlorides: carbon cage connectivities and chlorination patterns, Chem. Eur. J. 2011, 17, 10622- 10669
S. I. Troyanov, S. Yang, C. Chen, E. Kemnitz
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S. I. Troyanov, S. Yang, C. Chen, E. Kemnitz
- Synthesis and structure of halogenated fullerenes, Curr. Org. Chem. 2012, 16, 1060-1079
S. I. Troyanov, E. Kemnitz
- Troyanov, Four isomers of C96 fullerene structurally proven as C96Cl22 and C96Cl24, Angew. Chem. Int. Ed. 2012, 51, 8239–8242
S. Yang, T. Wei, E. Kemnitz, S. I.
(See online at https://doi.org/10.1002/anie.201201775) - X-ray crystallographic proof of the isomer D2-C84(5) as trifluoromethylated and chlorinated derivatives, C84(CF3)16, C84Cl20, and C84Cl32, Chem. Eur. J. 2012, 18, 2217 – 2220
S. Yang, C. Chen, T. Wei, N. B. Tamm, E. Kemnitz, S. I. Troyanov
(See online at https://doi.org/10.1002/chem.201103456)
