CN103242217B - 富勒烯衍生物微米片及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种富勒烯衍生物微米片及其制备方法。微米片由富勒烯C60衍生物组成，特别是富勒烯C60衍生物为片状的N-甲基-2-[4-二甲基氨基]苯基-3,4-富勒烯基吡咯烷，其片长为2～4μm、片高为1～3μm、片厚为70～80nm，其为单晶态结构；方法为先将浓度为0.75～2.0g/L的N-甲基-2-[4-二甲基氨基]苯基-3,4-富勒烯基吡咯烷甲苯溶液与浓度为3～7mmol/L的十六烷基三甲基溴化铵异丙醇溶液混合后，搅拌至少20min，得到混合液，其中，N-甲基-2-[4-二甲基氨基]苯基-3,4-富勒烯基吡咯烷甲苯溶液与十六烷基三甲基溴化铵异丙醇溶液的体积比为1：1～6，再对混合液交替进行固液分离和洗涤的处理，制得富勒烯衍生物微米片。它可广泛地应用于清洁剂、催化剂和疏水材料等领域。
Description
技术领域
本发明涉及一种衍生物微米片及制备方法，尤其是一种富勒烯衍生物微米片及其制备方法。
背景技术
已有的研究表明，作为富勒烯C60衍生物之一的N-甲基-2-[4-二甲基氨基]苯基-3,4-富勒烯基吡咯烷，可广泛地用于光学材料、清洁剂、催化剂、疏水材料和医学领域中的动物防癌变物质。近期，人们为了获得N-甲基-2-[4-二甲基氨基]苯基-3,4-富勒烯基吡咯烷，做出了各种努力，如PhotoinducedIntramolecularElectronTransferinaBridgedC60(Acceptor)-Aniline(Donor)System.PhotophysicalPropertiesoftheFirst“Active”FullereneDiad，J.Am.Chem.Soc.1995，117，4093-4099（在C60（吸电子基）-苯胺（供电子基）作为桥梁的体系中，通过光诱导作用于分子内电子转移，研究具有超“活泼”对称的富勒烯物理光学性能，美国化学会期刊，1995年第117卷第4093～4099页）一文所报道的。该文中所提及的富勒烯C60衍生物N-甲基-2-[4-二甲基氨基]苯基-3,4-富勒烯基吡咯烷的形貌为深棕色粉末状，是通过1,3-偶极环加成反应合成出来的。这种粉末状的产物虽有着较为广泛的用途，却因其粉末的尺度较大，难以在清洁剂、催化剂和疏水材料等领域发挥更好的作用；再说，其制备方法也无法获得更小尺度的产物。
发明内容
本发明要解决的技术问题为克服现有技术中的欠缺之处，提供一种微米尺度的富勒烯衍生物微米片。
本发明要解决的另一个技术问题为提供一种上述富勒烯衍生物微米片的制备方法。
为解决本发明的技术问题，所采用的技术方案为：富勒烯衍生物微米片由富勒烯C60衍生物组成，特别是，
所述富勒烯C60衍生物为N-甲基-2-[4-二甲基氨基]苯基-3,4-富勒烯基吡咯烷，所述N-甲基-2-[4-二甲基氨基]苯基-3,4-富勒烯基吡咯烷为片状；
所述片状N-甲基-2-[4-二甲基氨基]苯基-3,4-富勒烯基吡咯烷的片长为2～4μm、片高为1～3μm、片厚为70～80nm，其为单晶态结构。
作为富勒烯衍生物微米片的进一步改进，所述的片状为平行四边形片。
为解决本发明的另一个技术问题，所采用的另一个技术方案为：上述富勒烯衍生物微米片的制备方法采用表面活性剂协助自组装法，特别是主要步骤如下：
先将浓度为0.75～2.0g/L的N-甲基-2-[4-二甲基氨基]苯基-3,4-富勒烯基吡咯烷甲苯溶液与浓度为3～7mmol/L的十六烷基三甲基溴化铵异丙醇溶液混合搅拌至少20min，得到混合液，其中，N-甲基-2-[4-二甲基氨基]苯基-3,4-富勒烯基吡咯烷甲苯溶液与十六烷基三甲基溴化铵异丙醇溶液的体积比为1：1～6，再对混合液交替进行固液分离和洗涤处理，制得富勒烯衍生物微米片。
作为富勒烯衍生物微米片的制备方法的进一步改进，所述的搅拌时的温度为5～30℃；所述的搅拌的时间为20～30min；所述的交替进行固液分离和洗涤处理的次数为3～5次；所述的固液分离处理为离心分离，离心分离时的转速为4000～6000r/min、时间为8～12min；所述的洗涤处理为使用乙醇对离心分离后得到的固态物质进行清洗；所述的对固态物质进行清洗后，将其置于常温下晾干10min；所述的获得N-甲基-2-[4-二甲基氨基]苯基-3,4-富勒烯基吡咯烷的过程为，在氩气保护下，先按照摩尔比为1：7的比例将富勒烯C60溶于新蒸甲苯中，并搅拌1～2h，得到富勒烯C60甲苯溶液，再向富勒烯C60甲苯溶液中分别加入4-二甲基氨基苯甲醛和肌氨酸，并将其置于120℃下回流2～3h，得到反应液，其中，反应液中的富勒烯C60、4-二甲基氨基苯甲醛和肌氨酸的摩尔比为1：5：3，接着，先向反应液中通入氩气，使其冷却至室温后，对其进行过滤、浓缩和柱层析分离，得到反应浓缩液，再对反应浓缩液依次使用石油醚淋洗掉未参加反应的富勒烯C60、体积比为1：2的甲苯和石油醚混合而成的洗脱剂淋洗剩余物，得到产物溶液，之后，先对产物溶液依次进行固液分离和使用甲醇清洗2～3次，再对其真空干燥24h，得到产物。
相对于现有技术的有益效果是，其一，对制得的目标产物分别使用扫描电镜、透射电镜、核磁共振仪和红外光谱仪进行表征，由其结果可知，目标产物为单分散分布的微米片，该微米片的片长为2～4μm、片高为1～3μm、片厚为70～80nm。此微米片是由单晶态的N-甲基-2-[4-二甲基氨基]苯基-3,4-富勒烯基吡咯烷构成的。这种由单晶态的N-甲基-2-[4-二甲基氨基]苯基-3,4-富勒烯基吡咯烷构成的纳米片厚、微米片长和片高的微米片，因其比表面积得到了大幅度的提高，故其在清洁剂、催化剂和疏水材料等领域将更能充分地发挥N-甲基-2-[4-二甲基氨基]苯基-3,4-富勒烯基吡咯烷的已有性能，并将会在其他已知和未知的领域引发出众多的新应用。其二，制备工艺简单、科学、高效：既制得了微米尺度的富勒烯衍生物——N-甲基-2-[4-二甲基氨基]苯基-3,4-富勒烯基吡咯烷片状物，又使片状物呈单分散分布，还有着工艺简单、易操作，原材料价廉、制备成本低的特点，极易于工业化的生产和目标产物的商业化应用。
作为有益效果的进一步体现，一是片状优选为平行四边形片，便于其应用于特定的场合。二是搅拌时的温度优选为5～30℃，搅拌的时间优选为20～30min，利于获得混合均匀的混合液。三是交替进行固液分离和洗涤处理的次数优选为3～5次，固液分离处理优选为离心分离，离心分离时的转速优选为4000～6000r/min、时间优选为8～12min，洗涤处理优选为使用乙醇对离心分离后得到的固态物质进行清洗，确保了目标产物的品质。四是优选对固态物质进行清洗后，将其置于常温下晾干10min，利于干燥的目标产物的获得。五是优选获得N-甲基-2-[4-二甲基氨基]苯基-3,4-富勒烯基吡咯烷的过程为，在氩气保护下，先按照摩尔比为1：7的比例将富勒烯C60溶于新蒸甲苯中，并搅拌1～2h，得到富勒烯C60甲苯溶液，再向富勒烯C60甲苯溶液中分别加入4-二甲基氨基苯甲醛和肌氨酸，并将其置于120℃下回流2～3h，得到反应液，其中，反应液中的富勒烯C60、4-二甲基氨基苯甲醛和肌氨酸的摩尔比为1：5：3，接着，先向反应液中通入氩气，使其冷却至室温后，对其进行过滤、浓缩和柱层析分离，得到反应浓缩液，再对反应浓缩液依次使用石油醚淋洗掉未参加反应的富勒烯C60、体积比为1：2的甲苯和石油醚混合而成的洗脱剂淋洗剩余物，得到产物溶液，之后，先对产物溶液依次进行固液分离和使用甲醇清洗2～3次，再对其真空干燥24h，便于获得粉末状的N-甲基-2-[4-二甲基氨基]苯基-3,4-富勒烯基吡咯烷。
附图说明
下面结合附图对本发明的优选方式作进一步详细的描述。
图1是对制得的目标产物使用扫描电镜（SEM）进行表征的结果之一。SEM图像显示出了目标产物的形貌和尺寸。
图2是对制得的目标产物使用透射电镜（TEM）进行表征的结果之一。其中，图2a为目标产物的TEM图像；图2b为图2a的高倍率TEM图像，其右上角的插图为选区的电子衍射图。由图2可知，构成目标产物的N-甲基-2-[4-二甲基氨基]苯基-3,4-富勒烯基吡咯烷为单晶态结构。
图3是对制得的目标产物使用型号为BrukerAV300的核磁共振仪进行表征的结果之一；其中，横坐标为化学位移值/ppm，纵坐标为吸收峰强度。核磁共振谱图中的2.80(s,3H)归属于-N-CH3，3.05(s,6H)归属于氨基上的两个甲基氢，4.23(d,J=9.3Hz,1H)和4.96(d,J=9.3Hz,1H)为吡咯环C60-CH2-N，4.83(s,1H)为吡咯环C60-CH(Ph)N，7.10～7.31(m,4H)为C6H5；由核磁共振谱图可知，目标产物由N-甲基-2-[4-二甲基氨基]苯基-3,4-富勒烯基吡咯烷组成。
图4是对制得的目标产物使用型号为VECTOR22FT-IR的红外光谱（FTIR）仪进行表征的结果之一；其中，横坐标为波数/cm-1，纵坐标为透过率/%。FTIR谱图中的1427、1180、574、524cm-1归属于C60上的特征吸收，1600～1450cm-1归属于苯环的骨架振动吸收，2920、2850、2773cm-1归属于C-H的伸缩振动吸收，1300～1000cm-1归属于C-N和C-C的伸缩振动吸收，830～750cm-1归属于苯环对二取代的弯曲振动吸收；由FTIR谱图可知，目标产物为N-甲基-2-[4-二甲基氨基]苯基-3,4-富勒烯基吡咯烷。
具体实施方式
首先从市场购得或用常规方法制得：
N-甲基-2-[4-二甲基氨基]苯基-3,4-富勒烯基吡咯烷；甲苯；十六烷基三甲基溴化铵；异丙醇；乙醇。
其中，获得N-甲基-2-[4-二甲基氨基]苯基-3,4-富勒烯基吡咯烷的过程为，在氩气保护下，先按照摩尔比为1：7的比例将富勒烯C60溶于新蒸甲苯中，并搅拌1～2h，得到富勒烯C60甲苯溶液，再向富勒烯C60甲苯溶液中分别加入4-二甲基氨基苯甲醛和肌氨酸，并将其置于120℃下回流2～3h，得到反应液，其中，反应液中的富勒烯C60、4-二甲基氨基苯甲醛和肌氨酸的摩尔比为1：5：3，接着，先向反应液中通入氩气，使其冷却至室温后，对其进行过滤、浓缩和柱层析分离，得到反应浓缩液，再对反应浓缩液依次使用石油醚淋洗掉未参加反应的富勒烯C60、体积比为1：2的甲苯和石油醚混合而成的洗脱剂淋洗剩余物，得到产物溶液，之后，先对产物溶液依次进行固液分离和使用甲醇清洗2～3次，再对其真空干燥24h，得到产物。
接着，
实施例1
制备的具体步骤为：
先将浓度为0.75g/L的N-甲基-2-[4-二甲基氨基]苯基-3,4-富勒烯基吡咯烷甲苯溶液与浓度为7mmol/L的十六烷基三甲基溴化铵异丙醇溶液混合后，于温度为5℃下搅拌30min，得到混合液；其中，N-甲基-2-[4-二甲基氨基]苯基-3,4-富勒烯基吡咯烷甲苯溶液与十六烷基三甲基溴化铵异丙醇溶液的体积比为1：1。再对混合液交替进行3次的固液分离和洗涤的处理后，将其置于常温下晾干10min；其中，固液分离处理为离心分离，离心分离时的转速为4000r/min、时间为12min，洗涤处理为使用乙醇对离心分离后得到的固态物质进行清洗，制得近似于图1和图2所示，以及如图3和图4中的曲线所示的富勒烯衍生物微米片。
实施例2
制备的具体步骤为：
先将浓度为1.06g/L的N-甲基-2-[4-二甲基氨基]苯基-3,4-富勒烯基吡咯烷甲苯溶液与浓度为6mmol/L的十六烷基三甲基溴化铵异丙醇溶液混合后，于温度为11℃下搅拌28min，得到混合液；其中，N-甲基-2-[4-二甲基氨基]苯基-3,4-富勒烯基吡咯烷甲苯溶液与十六烷基三甲基溴化铵异丙醇溶液的体积比为1：2.3。再对混合液交替进行3次的固液分离和洗涤的处理后，将其置于常温下晾干10min；其中，固液分离处理为离心分离，离心分离时的转速为4500r/min、时间为11min，洗涤处理为使用乙醇对离心分离后得到的固态物质进行清洗，制得近似于图1和图2所示，以及如图3和图4中的曲线所示的富勒烯衍生物微米片。
实施例3
制备的具体步骤为：
先将浓度为1.37g/L的N-甲基-2-[4-二甲基氨基]苯基-3,4-富勒烯基吡咯烷甲苯溶液与浓度为5mmol/L的十六烷基三甲基溴化铵异丙醇溶液混合后，于温度为17℃下搅拌25min，得到混合液；其中，N-甲基-2-[4-二甲基氨基]苯基-3,4-富勒烯基吡咯烷甲苯溶液与十六烷基三甲基溴化铵异丙醇溶液的体积比为1：3.5。再对混合液交替进行4次的固液分离和洗涤的处理后，将其置于常温下晾干10min；其中，固液分离处理为离心分离，离心分离时的转速为5000r/min、时间为10min，洗涤处理为使用乙醇对离心分离后得到的固态物质进行清洗，制得如图1和图2所示，以及如图3和图4中的曲线所示的富勒烯衍生物微米片。
实施例4
制备的具体步骤为：
先将浓度为1.68g/L的N-甲基-2-[4-二甲基氨基]苯基-3,4-富勒烯基吡咯烷甲苯溶液与浓度为4mmol/L的十六烷基三甲基溴化铵异丙醇溶液混合后，于温度为23℃下搅拌23min，得到混合液；其中，N-甲基-2-[4-二甲基氨基]苯基-3,4-富勒烯基吡咯烷甲苯溶液与十六烷基三甲基溴化铵异丙醇溶液的体积比为1：4.8。再对混合液交替进行4次的固液分离和洗涤的处理后，将其置于常温下晾干10min；其中，固液分离处理为离心分离，离心分离时的转速为5500r/min、时间为9min，洗涤处理为使用乙醇对离心分离后得到的固态物质进行清洗，制得近似于图1和图2所示，以及如图3和图4中的曲线所示的富勒烯衍生物微米片。
实施例5
制备的具体步骤为：
先将浓度为2.0g/L的N-甲基-2-[4-二甲基氨基]苯基-3,4-富勒烯基吡咯烷甲苯溶液与浓度为3mmol/L的十六烷基三甲基溴化铵异丙醇溶液混合后，于温度为30℃下搅拌20min，得到混合液；其中，N-甲基-2-[4-二甲基氨基]苯基-3,4-富勒烯基吡咯烷甲苯溶液与十六烷基三甲基溴化铵异丙醇溶液的体积比为1：6。再对混合液交替进行5次的固液分离和洗涤的处理后，将其置于常温下晾干10min；其中，固液分离处理为离心分离，离心分离时的转速为6000r/min、时间为8min，洗涤处理为使用乙醇对离心分离后得到的固态物质进行清洗，制得近似于图1和图2所示，以及如图3和图4中的曲线所示的富勒烯衍生物微米片。
显然，本领域的技术人员可以对本发明的富勒烯衍生物微米片及其制备方法进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (1)
1.一种富勒烯衍生物微米片的制备方法，其特征在于：
富勒烯衍生物微米片由富勒烯C60衍生物组成，所述富勒烯C60衍生物为N-甲基-2-[4-二甲基氨基]苯基-3,4-富勒烯基吡咯烷，所述N-甲基-2-[4-二甲基氨基]苯基-3,4-富勒烯基吡咯烷为片状，且片状为平行四边形片；
所述片状N-甲基-2-[4-二甲基氨基]苯基-3,4-富勒烯基吡咯烷的片长为2～4μm、片高为1～3μm、片厚为70～80nm，其为晶格间距为1.2nm、且呈有序排列的单晶态结构；
制备方法采用表面活性剂协助自组装法，主要步骤如下：
先将浓度为0.75～2.0g/L的N-甲基-2-[4-二甲基氨基]苯基-3,4-富勒烯基吡咯烷甲苯溶液与浓度为3～7mmol/L的十六烷基三甲基溴化铵异丙醇溶液混合搅拌，得到混合液，其中，N-甲基-2-[4-二甲基氨基]苯基-3,4-富勒烯基吡咯烷甲苯溶液与十六烷基三甲基溴化铵异丙醇溶液的体积比为1：1～6，再对混合液循环交替进行固液分离和洗涤处理，制得富勒烯衍生物微米片；
搅拌时的温度为5～30℃；搅拌的时间为20～30min；循环交替进行固液分离和洗涤处理的次数为3～5次；固液分离处理为离心分离，离心分离时的转速为4000～6000r/min、时间为8～12min；洗涤处理为使用乙醇对离心分离后得到的固态物质进行清洗，对固态物质进行清洗后，将其置于常温下晾干10min；
获得N-甲基-2-[4-二甲基氨基]苯基-3,4-富勒烯基吡咯烷的过程为，在氩气保护下，先按照摩尔比为1：7的比例将富勒烯C60溶于新蒸甲苯中，并搅拌1～2h，得到富勒烯C60甲苯溶液，再向富勒烯C60甲苯溶液中分别加入4-二甲基氨基苯甲醛和肌氨酸，并将其置于120℃下回流2～3h，得到反应液，其中，反应液中的富勒烯C60、4-二甲基氨基苯甲醛和肌氨酸的摩尔比为1：5：3，接着，先向反应液中通入氩气，使其冷却至室温后，对其进行过滤、浓缩和柱层析分离，得到反应浓缩液，再对反应浓缩液依次使用石油醚淋洗掉未参加反应的富勒烯C60、体积比为1：2的甲苯和石油醚混合而成的洗脱剂淋洗剩余物，得到产物溶液，之后，先对产物溶液依次进行固液分离和使用甲醇清洗2～3次，再对其真空干燥24h，得到产物。
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