多种碳纳米环及其聚合物的合成与表征

作     者：褚克善 

作者单位：厦门大学 

学位级别：硕士

导师姓名：谭元植;谢福发

授予年度：2022年

学科分类：081702[工学-化学工艺] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

主      题：环对苯撑 碳纳米环 碳纳米管 聚合材料 

摘      要：环对苯撑是由一系列苯环对位相连首尾相接所形成的环状分子,因其拥有独特的环状非平面π轨道而受到越来越多科学家的关注。其作为碳纳米管的基本片段,目前已有多种较为成熟的合成方法,可作为基本模板自下而上合成碳纳米管。此外环对苯撑本身具有独特的光学、电学等性质,在光电材料、生物荧光材料等方面具有广泛的应用。本论文中我们合成了几种碳纳米管片段分子并研究了其结构方面的特点,后将其应用于聚合物材料当中。此外还合成了含有炔烃的环对苯撑衍生物。首先我们设计、合成并表征了一系列含有两个苯环通过间位进行连接的环对苯撑衍生物,这两个间位连接苯环分别在大环的对位上。这一系列环对苯撑分别对应着手性指数为(12,0)、(15,0)和(18,0)的锯齿形碳纳米管片段。我们通过质谱、核磁、单晶衍射等方法对其结构进行了全面的分析,晶体结构表明其堆积形式为类似锯齿形碳纳米管的一维管状结构。其次,我们选择已合成的碳纳米环作为聚合物基元,采用镍催化的Yamamoto偶联反应合成锯齿形碳纳米管片段聚合物。我们采用质谱进行聚合程度的表征,质谱呈现出规律间隔出峰的特点,最高聚合8个重复片段。我们依据分子大小的不同对聚合程度不同的分子进行分离,尺寸排阻色谱表明能够对聚合程度不同的分子选择性分离。最后我们尝试将碳碳三键引入至环对苯撑中构建含炔烃的环对苯撑衍生物。我们首先得到关键C形中间产物,后通过分子间偶联、还原芳构化等反应得到最终产物。我们通过质谱对最终产物进行了确认,质谱表明分子量与同位素分布都能够较好的吻合。后期我们将试图通过Diels-Alder反应等方法将环对苯撑拓展成更大的π体系。