Способ получения полигидро[60]фуллеренов

Изобретение относится к способу получения полигидро[60]фуллеренов формулы (I):

характеризующемуся тем, что фуллерен С₆₀ подвергают взаимодействию с треххлористым алюминием (AlCl₃) в присутствии порошка Mg и катализатора цирконацендихлорида (Cp₂ZrCl₂), взятыми в мольном соотношении C₆₀:AlCl₃:Mg:Cp₂ZrCl₂=1:(95-105):(95-105):(0.15-0.25), предпочтительно 1:100:100:0.20, в атмосфере аргона в отсутствие света при комнатной температуре (20-21°С) и атмосферном давлении в среде толуола в течение 2-4 часов, с последующим гидролизом реакционной массы. Применение данного способа позволяет получать полигидро[60]фуллерены с общим выходом после гидролиза реакционной массы 80-94%. 1 табл.

 

Предлагаемое изобретение относится к области органической химии, конкретно к способу получения полигидро[60]фуллеренов общей формулы (I):

Полигидро[60]фуллерены формулы (1) могут найти применение в тонком органическом синтезе, в производстве высокоэнергетического топлива, водородных аккумуляторов.

Известен способ ([1], A.G.Avent, A.D.Darwish, D.K.Heimbach, H.W.Kroto, M.F.Meidine, J.P.Parsons, C.Remars, R.Roers, O.Ohashi, R.Taylor, D.R.M.Walton. J.Chem.Soc.Perkin Trans.2, 1994, 15.) получения дигидро[60]фуллерена (2) взаимодействием бензольного раствора [60]фуллерена с избытком гидразингидрата (˜1:1000) в присутствии ледяной уксусной кислоты, сульфата меди и периодата натрия при интенсивном перемешивании ˜20 часов в атмосфере аргона.

Известным способом не могут быть получены полигидро[60]фуллерены формулы (1).

Известен способ ([2], S.Ballenweg, R.Gleiter, W.Kratschmer. J.Chem. Soc., Chem. Commun., 1994, 2269.) получения полигидро[60]фуллеренов (4) гидроцирконированием С₆₀ с помощью цирконаценхлоргидрида (реагент Шварца) при температуре 20-22°С в толуольном растворе за 24 часа с последующим гидролизом образующихся in situ цирконий-фуллереновых комплексов (3) по схеме:

Известным способом могут быть получены полигидро[60]фуллерены формулы (1) с числом атомов водорода от 6 до 12 на фуллереновой сфере.

Предлагается новый способ получения полигидро[60]фуллеренов формулы (1).

Сущность способа заключается во взаимодействии фуллерена С₆₀ с треххлористым алюминием (AlCl₃) в присутствии порошка Mg и каталитических количеств Cp₂ZrCl₂, взятых в мольном соотношении С₆₀:AlCl₃:Mg:Cp₂ZrCl₂=1:(95-105):(95-105):(0.15-0.25), предпочтительно 1:100:100:0.20, в атмосфере аргона в отсутствие света при комнатной температуре (20-21°С) и атмосферном давлении в толуоле в течение 2-4 часов, с последующим гидролизом реакционной массы. Общий выход полигидро[60]фуллеренов формулы (1) составляет 80-94%.

Реакция протекает по схеме:

Проведение указанной реакции в присутствии катализатора Cp₂ZrCl₂ больше 0,25 моль не приводит к существенному увеличению выхода целевого продукта (1). Использование катализатора Cp₂ZrCl₂ менее 0,15 моль снижает выход целевого продукта (1), что связано, вероятно, со снижением каталитически активных центров в реакционной массе. Реакции проводили при комнатной температуре (20-21°С). При более высокой температуре (например, 40°С) не наблюдается существенного увеличения выхода целевого продукта (1), а при меньшей температуре (например, 0°С) снижается скорость реакции. Изменение соотношения исходных реагентов в сторону увеличения их содержания по отношению к исходному фуллерену[60] не приводит к существенному повышению выхода целевого продукта (1).

Существенные отличия предлагаемого способа

В известном способе используется в качестве исходного соединения труднодоступный реагент Шварца (Cp₂ZrClH), а в предлагаемом способе в качестве исходного соединения применяется выпускаемый в промышленных масштабах AlCl₃.

Предлагаемый способ, в отличие от известного, позволяет получать полигидро[60]фуллерены формулы (1).

Способ поясняется следующими примерами:

ПРИМЕР 1. В стеклянный реактор, установленный на магнитной мешалке, в атмосфере аргона помещают 40 мл осушенного толуола, 0.05 ммоль С₆₀, 120 мг-ат. Mg (порошок), 0.01 ммоля катализатора Ср₂ZrCl₂ и 5 ммоль AlCl₃, перемешивают 3 часа в отсутствие света при температуре 20-21°С. Отделяют непрореагировавший Mg. Реакционную смесь обрабатывают в атмосфере аргона в отсутствие света эфирным раствором HCl, пропускают через AlCl₃, растворитель упаривают в вакууме. Получают полигидро[60]фуллерены (1) с выходом 86%.

Спектральные характеристики полигидро[60]фуллеренов (1): ИК-спектр (ν, см^-1): 2925, 2855.

Спектр ЯМР ¹Н (δ, м.д., CDCl₃): 3.57, 4.90, 5.75, 5.84, 6.26, 6.43, 6.65, 7.06 м.д.

Другие примеры, подтверждающие способ, приведены в таблице.

№№ п/п	Соотношение С60: AlCl3:Mg:Cp2ZrCl2, ммоль	Время реакции, час	Выход полигидро[60]фуллеренов (1), %
1	1:100:100:0.2	3	86
2	1:105:105:0.2	3	89
3	1:95:95:0.2	3	82
4	1:100:100:0.25	3	94
5	1:100:100:0.15	3	80
6	1:100:100:0.2	4	92
7	1:100:100:0.2	2	91

Реакции проводили при комнатной температуре (20-21°С) в толуоле в атмосфере аргона без доступа света.

Способ получения полигидро[60]фуллеренов формулы (I)

отличающийся тем, что фуллерен С₆₀ подвергают взаимодействию с треххлористым алюминием (AlCl₃) в присутствии порошка Mg и катализатора цирконацендихлорида (Cp₂ZrCl₂), взятыми в мольном соотношении C₆₀:AlCl₃:Mg:Cp₂ZrCl₂=1:(95-105):(95-105):(0,15-0,25), предпочтительно 1:100:100:0,20, в атмосфере аргона в отсутствие света при комнатной температуре (20-21°С) и атмосферном давлении в среде толуола в течение 2-4 ч с последующим гидролизом реакционной массы.