Kiełczewska Aleksandra
Zakład Chemii Organicznej i Technologii Chemicznej
Pracownia Technologii Organicznych Materiałów Funkcjonalnych
Zastosowanie reakcji Bingela do syntezy pochodnych fulerenów C60 i C70 zawierających pierścienie aromatyczne
Aleksandra Kiełczewska
Promotor: dr Piotr Piotrowski
Unikalna struktura fulerenów, a przede wszystkim ich właściwości elektronowe sprawiają, że są one interesującym obiektem badań, z dużą możliwością zastosowań technologicznych. Wysokosprawne materiały do budowy ogniw fotowoltaicznych, czy też materiały służące do magazynowania wodoru są ważnymi elementami urządzeń, które mogą znaleźć zastosowanie w alternatywnych źródłach energii. Niezmodyfikowane fulereny C60 i C70 prócz ogromnych zalet wykazują także właściwości, które ograniczają ich aplikacyjność. Odpowiednia funkcjonalizacja chemiczna fulerenów C60 oraz C70 ma zatem kluczowe znaczenie dla ich efektywnego zastosowania w inżynierii materiałowej.
Celem niniejszej pracy była synteza pochodnych fulerenów C60 i C70 zawierających w swojej strukturze pierścienie aromatyczne. W syntezach zastosowano reakcję Bingela.
W pierwszej części prac eksperymentalnych przeprowadzona została synteza odpowiednich estrów kwasu malonowego – substratów do funkcjonalizacji fulerenów C60 i C70. Następnie przeanalizowano otrzymane związki za pomocą metod spektralnych: Spektroskopii Mas (ESI-MS), Spektroskopii Magnetycznego Rezonansu Jądrowego (NMR), Spektroskopii w podczerwieni (FT-IR) oraz Spektroskopii UV-Vis. Kolejnym etapem badań była egzohedralna funkcjonalizacja fulerenów C60 i C70 z wykorzystaniem reakcji Bingela w celu wprowadzenia otrzymanych wcześniej substratów na powierzchnię fulerenów. Uzyskane pochodne fulerenowe poddano analizie i scharakteryzowano z użyciem metod spektroskopowych, które potwierdziły strukturę oraz czystość zsyntetyzowanych pochodnych fulerenowych. Ostatnim etapem było przeprowadzenie badań elektrochemicznych z wykorzystaniem woltamperometrii cyklicznej. Wszystkie zsyntetyzowane związki wykazują 2 sygnały odwracalnej redukcji na krzywych woltamperometrycznych, co potwierdza zachowanie właściwości elektronoakceptorowych rdzenia fulerenowego przez otrzymane pochodne C60/C70. Położenia poszczególnych pików przesunięte są w stronę bardziej ujemnych potencjałów względem analogicznych pików pochodzących od fulerenów C60 i C70. Pokazano, że najłatwiej ulegającym redukcji związkiem jest pochodna C60BTB oraz, że wprowadzenie podstawnika w postaci estru kwasu malonowego jedynie nieznacznie wpływa na właściwości elektronoakceptorowe rdzenia fulerenowego.
Powyższe związki fulerenowe będą badane w celu zastosowania ich jako materiałów akceptorowych w ogniwach fotowoltaicznych.
Literatura:
[1] Bingel C., Chem. Ber. 1993, 126, 1957-1959.
[2] Xie Q.; Pérez-Cordero E.; Echegoyen L., J. Am. Chem. Soc. 1992, 114, 3978-3980.