PL237407B1 - Donor-acceptor system containing modified amine, amide or imide multi-layered fullerenes and ferrocene and method for producing it - Google Patents

Donor-acceptor system containing modified amine, amide or imide multi-layered fullerenes and ferrocene and method for producing it Download PDF

Info

Publication number
PL237407B1
PL237407B1 PL424099A PL42409918A PL237407B1 PL 237407 B1 PL237407 B1 PL 237407B1 PL 424099 A PL424099 A PL 424099A PL 42409918 A PL42409918 A PL 42409918A PL 237407 B1 PL237407 B1 PL 237407B1
Authority
PL
Poland
Prior art keywords
donor
formula
fullerene
cnos
amide
Prior art date
Application number
PL424099A
Other languages
Polish (pl)
Other versions
PL424099A1 (en
Inventor
Marta Płońska-Brzezińska
Diana Małgorzata Bobrowska
Original Assignee
Univ W Bialymstoku
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Univ W Bialymstoku filed Critical Univ W Bialymstoku
Priority to PL424099A priority Critical patent/PL237407B1/en
Publication of PL424099A1 publication Critical patent/PL424099A1/en
Publication of PL237407B1 publication Critical patent/PL237407B1/en

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/549Organic PV cells

Landscapes

  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest układ donorowo – akceptorowy o wzorze 1 ,w którym A oznacza grupę, która jest związana dowolnym wiązaniem z wielowarstwowym fulerenem i jest połączona z ferrocenem za pośrednictwem wiązania amidowego albo imidowego. Zgłoszenie to dotyczy także sposobu wytwarzania układu donorowo - akceptorowego o Wzorze 1, układów donorowych wykorzystywanych w tym sposobie, a także sposobów wytwarzania tych układów donorowych oraz zastosowania układu donorowo - akceptorowego.The subject of the application is a donor-acceptor system of formula 1, in which A is a group that is connected to a multilayer fullerene by any bond and is connected to ferrocene via an amide or imide bond. This application also concerns a method for preparing the donor-acceptor system of Formula 1, the donor systems used in this method, as well as methods for preparing these donor systems and using the donor-acceptor system.

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest funkcjonalizacja wielowarstwowych fulerenów (nanocebulek węglowych) z wykorzystaniem amin, amidów i imidów, zwłaszcza układ donorowo-akceptorowy zawierający zmodyfikowane aminą, amidem albo imidem wielowarstwowe fulereny i ferrocen oraz sposób jego wytwarzania. Funkcjonalizacja wielowarstwowych fulerenów ma na celu poprawę ich właściwości dyspersyjnych, a także możliwości ich dalszej modyfikacji do otrzymania układów donorowo-akceptorowych zawierających pochodne wielowarstwowych fulerenów oraz ferrocenu, mogących znaleźć zastosowanie w konstruowaniu układów fotowoltaicznych.The subject of the invention is the functionalization of multilayer fullerenes (carbon nanobubbles) with the use of amines, amides and imides, in particular a donor-acceptor system containing multilayer fullerenes and ferrocene modified with an amine, amide or imide, and a method of its preparation. Functionalization of multilayer fullerenes is aimed at improving their dispersion properties, as well as the possibility of their further modification to obtain donor-acceptor systems containing derivatives of multilayer fullerenes and ferrocene, which can be used in the construction of photovoltaic systems.

Wielowarstwowe fulereny, inaczej nanocebulki węglowe (ang. carbon nano-onions, CNOs), pierwszy raz zostały odkryte w 1980 roku przez Sumio lijima podczas obrazowania materiału węglowego w transmisyjnym mikroskopie elektronowym (S. lijima, J. Microsc., 119,99, (1980)). Zainteresowanie wśród naukowców wzbudziły one dopiero, gdy Ugarte w 1992 roku otrzymał je na większą skalę, poddając materiał węglowy działaniu wiązki elektronów wewnątrz mikroskopu TEM (D. Ugarte, Nature, 359, 707, (1992)). Wielowarstwowe fulereny zbudowane są ze sferycznie zamkniętych jedna w drugiej warstw grafenowych, których podstawą jest najprostszy fuleren - ICeo. Z powodu swojej warstwowości zostały one nazwane nanocebulkami węglowymi (CNOs). Nanocebulki węglowe mogą być otrzymywane różnymi metodami, jednak najbardziej popularną i prowadzącą do uzyskania relatywnie jednorodnego materiału o średnicy ziaren 5-6 nm (6-8 warstw węglowych) jest metoda Kuznetsova, polegająca na wyżarzaniu nanodiamentu w atmosferze helu i temperaturze ok. 1650°C (V. L. Kuznetsov et al., Chem. Phys. Lett., 222, 343 (1994)). Z powodu braku komercyjnej dostępności, nanocebulki węglowe nie zyskały tak dużej popularności jak wyżej wspomniane niższe fulereny, bądź nanorurki węglowe, jednak posiadają one duży potencjał aplikacyjny, gdyż mogą być wykorzystane jako materiał elektrodowy w kondensatorach, w ogniwach paliwowych, w bateriach litowo-jonowych, a także jako materiał aktywny w fotowoltaice oraz jako biosensory. Jako materiał pośredni, pomiędzy nanorurkami i fulerenami, posiadają zalety obu z nich, charakteryzując się m. in. wysoką odpornością termiczną oraz dużą reaktywnością. Ograniczeniem stosowania nanomateriałów węglowych w różnych dziedzinach chemii i inżynierii materiałowej jest ich niska rozpuszczalność w organicznych i nieorganicznych rozpuszczalnikach. Dla zwiększenia dyspersji nanocebulki węglowe mogą być sfunkcjonalizowane różnymi związkami, a liczba opublikowanych prac na temat modyfikacji CNOs jest wciąż niewielka, w porównaniu z innymi nanostrukturami, takimi jak grafen, fulereny czy nanorurki. Najbardziej znane typy funkcjonalizacji opierają się na reakcji Dielsa-Aldera.Multilayer fullerenes, or carbon nano-onions (CNOs), were first discovered in 1980 by Sumio lijima during transmission electron microscopy of carbon material (S. lijima, J. Microsc., 119.99, ( 1980)). They aroused interest among scientists only when Ugarte, in 1992, obtained them on a larger scale, subjecting carbon material to the action of an electron beam inside a TEM microscope (D. Ugarte, Nature, 359, 707, (1992)). Multilayer fullerenes are made of spherically closed one in another graphene layers, the base of which is the simplest fullerene - ICeo. Due to their layering, they have been called carbon nanobubbles (CNOs). Carbon nanobubbles can be obtained by various methods, but the most popular and leading to a relatively homogeneous material with a grain diameter of 5-6 nm (6-8 carbon layers) is the Kuznetsov method, consisting in annealing of the nanodiamond in an atmosphere of helium at a temperature of approx. 1650 ° C (VL Kuznetsov et al., Chem. Phys. Lett., 222, 343 (1994)). Due to the lack of commercial availability, carbon nanobubbles have not gained as much popularity as the above-mentioned lower fullerenes or carbon nanotubes, but they have a high application potential, as they can be used as an electrode material in capacitors, fuel cells, lithium-ion batteries, and also as an active material in photovoltaics and as biosensors. As an intermediate material, between nanotubes and fullerenes, they have the advantages of both of them, characterized by, among others, high thermal resistance and high reactivity. The limitation of the use of carbon nanomaterials in various fields of chemistry and material engineering is their low solubility in organic and inorganic solvents. To increase the dispersion, carbon nanobubbles can be functionalized with various compounds, and the number of published works on CNOs modification is still small compared to other nanostructures, such as graphene, fullerenes or nanotubes. The best known types of functionalization are based on the Diels-Alder reaction.

Warstwa aktywna w ogniwie fotowoltaicznym składa się z donora i akceptora elektronów, pomiędzy którymi następuje separacja ładunku. Działanie złącza donorowo-akceptorowego (D/A) opiera się na różnicach w powinowactwie elektronowym i w potencjałach jonizacyjnych dwóch różnych materiałów. Jednym z pierwszych doniesień na temat układów donorowo-akceptorowych była przedstawiona w 1986 roku przez C. W. Tang rewolucyjna idea organicznego ogniwa fotowoltaicznego, w którym rolę donora elektronów pełniła ftalocyjanina miedziowa, a akceptora elektronów pochodna perylenowa (C. W. Tang, Appl. Phys. Lett. 48, 183, (1986)). Od tego czasu w literaturze pojawiło się wiele informacji na temat różnorodności złącz D/A. Elektrono-donorem są zazwyczaj polimery lub małe molekuły, które łatwo absorbują światło, tym samym powodując wzbudzenie elektronu i przeniesienie go do elektronoakceptora. Ten z kolei posiada zdolność przyjmowania elektronu, ale również zapewnia separację ładunków elektron-dziura elektronowa. Najczęściej używanymi jako akceptory elektronów związkami są pochodne fulerenów.The active layer in a photovoltaic cell consists of an electron donor and an acceptor, between which the charge is separated. The operation of the donor-acceptor (D / A) junction is based on the differences in the electron affinity and in the ionization potentials of the two different materials. One of the first reports on donor-acceptor systems was the revolutionary idea of an organic photovoltaic cell, presented in 1986 by CW Tang, in which the electron donor was copper phthalocyanine and the electron acceptor was a perylene derivative (CW Tang, Appl. Phys. Lett. 48, 183, (1986)). Since then, a lot of information has appeared in the literature about the diversity of D / A connectors. The electron donor is usually polymers or small molecules that readily absorb light, thereby causing the electron to excite and transfer it to the electron acceptor. This, in turn, has the ability to accept an electron, but also provides for electron-hole charge separation. The compounds most commonly used as electron acceptors are fullerene derivatives.

W literaturze pojawiały się przykładowe reakcje otrzymywania wielościennych fulerenów zawierających grupy aminowe lub amidowe (A. S. Rettenbacher et. al., Chem. Eur. J„ 12, 376, (2006); A. Palkar, Chem. Mater., 20, 1685, (2008)). Jednocześnie opisanych jest wiele dróg syntezy układów donorowo-akceptorowych zawierających pochodne ferrocenu i różne materiały węglowe. Znana jest również z publikacji (Chem. Eur. J„ 15, 4419, (2009)) synteza układu donorowo-akceptorowego zawierającego nanocebulki węglowe oraz pochodne ferrocenuIn the literature, there have been examples of reactions for the preparation of polyhedral fullerenes containing amino or amide groups (AS Rettenbacher et al., Chem. Eur. J "12, 376, (2006); A. Palkar, Chem. Mater., 20, 1685, ( 2008)). At the same time, many ways of synthesizing donor-acceptor systems containing ferrocene derivatives and various carbon materials are described. It is also known from the publication (Chem. Eur. J "15, 4419, (2009)) the synthesis of the donor-acceptor system containing carbon nanobubbles and ferrocene derivatives

Ponieważ w dziedzinie istnieje wciąż zapotrzebowanie na nowe układy donorowo-akceptorowe zawierające sfunkcjonalizowane nanocebulki węglowe oraz ferrocen, celem niniejszego wynalazku było opracowanie takich układów i sposobu ich wytwarzania.As there is still a need in the art for new donor-acceptor systems containing functionalized carbon nanobubbles and ferrocene, it was an object of the present invention to develop such systems and a method for their preparation.

Według niniejszego wynalazku zaproponowano nowy, nieopublikowany do tej pory, sposób otrzymywania układów donorowo-akceptorowych zawierających zmodyfikowane aminą, amidem i imidem wielościenne fulereny oraz ferrocen.According to the present invention, a new, hitherto unpublished method for the preparation of donor-acceptor systems containing polyhedral fullerenes and ferrocene modified with amine, amide and imide has been proposed.

PL 237 407 Β1PL 237 407 Β1

A zatem, przedmiotem niniejszego wynalazku jest układ donorowo-akceptorowy o wzorze 1Thus, the present invention relates to the donor-acceptor system of formula 1

Wzór 1Formula 1

A oznacza grupę, która jest związana dowolnym wiązaniem z wielowarstwowym fulerenem i jest połączona z ferrocenem za pośrednictwem wiązania amidowego albo imidowego, igrupa A jest wybrana spośródA is a group that is bound by any bond to the multilayer fullerene and is linked to the ferrocene via an amide or imide bond, and group A is selected from

PL 237 407 Β1PL 237 407 Β1

Korzystnie uraz donorowo-akceptorowy o wzorze 1 jest wybrany spośród takich jakPreferably, the donor acceptor injury of Formula 1 is selected from the group of

Przedmiotem wynalazku jest także sposób wytwarzania układu donorowo-akceptorowego o wzorze 1The invention also relates to a process for the preparation of the donor-acceptor system of formula 1

Wzór 1 w którym,Formula 1 in which,

oznacza wielowarstwowy fulerenmeans multilayer fullerene

PL 237 407 Β1PL 237 407 Β1

A oznacza grupę, która jest związana dowolnym wiązaniem z wielowarstwowym fulerenem i jest połączona z ferrocenem za pośrednictwem wiązania amidowego albo imidowego, i grupa A jest wybrana spośródA is a group that is bound by any bond to the multilayer fullerene and is linked to the ferrocene via an amide or imide bond, and group A is selected from

charakteryzujący się tym, że obejmuje etapy, w których:characterized by the steps in which:

- wielowarstwowy fuleren poddaje się reakcji funkcjonalizacji z wytworzeniem układu donorowego zawierającego grupę aminową, amidową albo imidową,- multilayer fullerene is functionalized to form a donor system containing an amino, amide or imide group,

- sfunkcjonalizowany fuleren jako układ donorowy poddaje się reakcji z kwasem ferrocenowym o wzorze- the functionalized fullerene donor system is reacted with ferrocenoic acid of formula

z wytworzeniem układu donorowo-akceptorowego o Wzorze 1.to form a donor-acceptor system of Formula 1.

Korzystnie, reakcję sfunkcjonalizowanego fulerenu jako układu donorowego z kwasem ferrocenowym prowadzi się w rozpuszczalniku, takim jak toluen albo dimetyloformamid i w temperaturze 70-90°C.Preferably, the reaction of the functionalized fullerene donor system with ferrocenoic acid is carried out in a solvent such as toluene or dimethylformamide and at a temperature of 70-90 ° C.

Korzystnie, reakcję sfunkcjonalizowanego fulerenu jako układu donorowego z kwasem ferrocenowym prowadzi się przez okres 18-26 godzin.Preferably, the functionalized fullerene donor system is reacted with ferrocenoic acid for a period of 18-26 hours.

Przedmiotem wynalazku jest także układ donorowy wybrany spośród takich jakThe invention also relates to a donor system selected from the following:

PL 237 407 Β1 w których,PL 237 407 Β1 in which,

oznacza wielowarstwowy fuleren,means multilayer fullerene,

Przedmiotem wynalazku jest także sposób wytwarzania układu donorowego o wzorzeThe invention also relates to a method for producing a donor system of formula

PL 237 407 Β1PL 237 407 Β1

charakteryzujący się tym, że prowadzi się reakcję wielowarstwowego fulerenu i 4-aminobenzyloaminy w obecności azotynu izopentylu i bez użycia rozpuszczalnika.characterized in that the multilayer fullerene and 4-aminobenzylamine are reacted in the presence of isopentyl nitrite and without the use of a solvent.

Przedmiotem wynalazku jest także sposób wytwarzania układu donorowego o wzorzeThe invention also relates to a method for producing a donor system of formula

w którym,wherein,

oznacza wielowarstwowy fuleren, charakteryzujący się tym, że obejmuje etapy, w którychdenotes multilayer fullerene, characterized in that it comprises the steps in which

- prowadzi się reakcję fenolu i 1,2-dicyjanobenzenu z wytworzeniem związku o wzorze- the reaction of phenol and 1,2-dicyanobenzene is carried out to obtain a compound of the formula

NHNH

- po czym otrzymany związek poddaje się reakcji ze związkiem o wzorze- thereafter the compound obtained is reacted with a compound of formula

nh2 nh 2

Przedmiotem wynalazku jest także sposób wytwarzania układu donorowego o wzorzeThe invention also relates to a method for producing a donor system of formula

PL 237 407 Β1PL 237 407 Β1

charakteryzujący się tym, że obejmuje etapy, w którychcharacterized in that it includes the steps in which

- wielowarstwowy fuleren utlenia się przy użyciu roztworu kwasu azotowego (V),- multilayer fullerene is oxidized with a solution of nitric acid (V),

- otrzymany utleniony fuleren poddaje się reakcji z chlorkiem tionylu w obecności chlorku cynku jako katalizatora, i- the oxidized fullerene obtained is reacted with thionyl chloride in the presence of zinc chloride as catalyst, and

- otrzymany fuleren modyfikowany reaktywnymi grupami -COCI poddaje się reakcji z wodnym roztworem amoniaku.- the obtained fullerene modified with reactive -COCI groups is reacted with an aqueous solution of ammonia.

Przedmiotem wynalazku jest także sposób wytwarzania układu donorowego o wzorzeThe invention also relates to a method for producing a donor system of formula

charakteryzujący się tym, że wielowarstwowy fuleren poddaje się reakcji z maleimidem w obecności chlorku cynku jako katalizatora.characterized in that the multilayer fullerene is reacted with maleimide in the presence of zinc chloride as catalyst.

Przedmiotem wynalazku jest także zastosowanie układu donorowo-akceptorowego o wzorze 1The invention also relates to the use of the donor-acceptor system of formula 1

Wzór 1 w którym,Formula 1 in which,

oznacza wielowarstwowy fuleren,means multilayer fullerene,

PL 237 407 Β1PL 237 407 Β1

A oznacza grupę, która jest związana dowolnym wiązaniem z wielowarstwowym fulerenem i jest połączona z ferrocenem za pośrednictwem wiązania amidowego albo imidowego, i grupa A jest wybrana spośródA is a group that is bound by any bond to the multilayer fullerene and is linked to the ferrocene via an amide or imide bond, and group A is selected from

do wytwarzania warstwy aktywnej w ogniwach fotowoltaicznych.for the production of an active layer in photovoltaic cells.

Zwięzły opis figur rysunkuBrief description of the figures in the drawing

Fig. 1. Zdjęcie 0,5 mg/ml roztworu wielościennych fulerenów w toluenie: (a) CNOs, (b) CNOs/4aminobenzyloamina, (c) CNOs/pochodna aminowa.Fig. 1. Photo of a 0.5 mg / ml solution of polyhedral fullerenes in toluene: (a) CNOs, (b) CNOs / 4aminobenzylamine, (c) CNOs / amine derivative.

Fig. 2. Zdjęcia wykonane za pomocą skaningowego mikroskopu elektronowego (SEM) dla następujących próbek: (a) CNOs, (b) CNOs/4-aminobenzyloamina, (c) CNOs/pochodna aminowa.Fig. 2. Scanning electron microscopy (SEM) pictures for the following samples: (a) CNOs, (b) CNOs / 4-aminobenzylamine, (c) CNOs / amine derivative.

Fig. 3. Krzywe chronowoltamperometryczne zarejestrowane w układzie trójelektrodowym w mieszaninie acetonitryl/toluen (1:4, v/v) w zakresie potencjałów -1,0 4- 1,0 V przy stałej szybkości polaryzacji 50 mV/s dla następujących próbek: (a) ferrocenowy kwas karboksylowy - Fc-COOH, (b) CNOs/4-aminobenzyloamina/Fc, (c) CNOs/pochodna aminowa/Fc.Fig. 3. Chronovoltammetric curves recorded in a three-electrode system in acetonitrile / toluene (1: 4, v / v) in the potential range of -1.0 4- 1.0 V at a polarization rate constant of 50 mV / s for the following samples: ( a) ferrocene carboxylic acid - Fc-COOH, (b) CNOs / 4-aminobenzylamine / Fc, (c) CNOs / amine derivative / Fc.

Fig. 4. Zdjęcie 0,5 mg/ml roztworu wielościennych fulerenów w toluenie: (a) CNOs, (b) 15 CNOs/amid.Fig. 4. Photo of 0.5 mg / ml solution of polyhedral fullerenes in toluene: (a) CNOs, (b) CNOs / amide.

Fig. 5. Zdjęcia wykonane za pomocą skaningowego mikroskopu elektronowego (SEM) dla następujących próbek: (a) CNOs, (b) CNOs/amid.Figure 5. Scanning Electron Microscope (SEM) pictures for the following samples: (a) CNOs, (b) CNOs / amide.

Fig. 6. Krzywe chronowoltamperometryczne zarejestrowane w układzie trójelektrodowym w mieszaninie acetonitryl/toluen (1:4, v/v) w zakresie potencjałów -1,0 4-1,0 V przy stałej szybkości polaryzacji 50 mV/s dla następujących próbek: (a) ferrocenowy kwas karboksylowy - Fc-COOH, (b) CNOs/amid/Fc.Fig. 6. Chronovoltammetric curves recorded in a three-electrode system in a mixture of acetonitrile / toluene (1: 4, v / v) in the potential range of -1.0 4.0 V at a polarization rate constant of 50 mV / s for the following samples: ( a) ferrocene carboxylic acid - Fc-COOH, (b) CNOs / amide / Fc.

Fig. 7. Zdjęcie 0,5 mg/ml roztworu wielościennych fulerenów w toluenie: (a) CNOs, (b) CNOs/maleimid.Fig. 7. Photo of a 0.5 mg / ml solution of polyhedral fullerenes in toluene: (a) CNOs, (b) CNOs / maleimide.

Fig. 8. Zdjęcia wykonane za pomocą skaningowego mikroskopu elektronowego (SEM) dla następujących próbek: (a) CNOs, (b) CNOs/maleimid.Fig. 8. Scanning Electron Microscope (SEM) pictures for the following samples: (a) CNOs, (b) CNOs / maleimide.

Fig. 9. Krzywe chronowoltamperometryczne zarejestrowane w układzie trójelektrodowym w mieszaninie acetonitryl/toluen (1:4, v/v) w zakresie potencjałów -1,0 4-1,0 V przy stałej szybkości polaryzacji 50 mV/s dla następujących próbek: (a) ferrocenowy kwas karboksylowy k Fc-COOH, (b) CNOs/maleimid/Fc.Fig. 9. Chronovoltammetric curves recorded in a three-electrode system in acetonitrile / toluene (1: 4, v / v) in the potential range of -1.0 4.0 V at a polarization rate constant of 50 mV / s for the following samples: ( a) ferrocene carboxylic acid k Fc-COOH, (b) CNOs / maleimide / Fc.

PRZYKŁADYEXAMPLES

Odczynniki i aparatura:Reagents and apparatus:

Wielościenne fulereny o średnicy około 5-6 nm (6-8 warstw węglowych) wykorzystane w niniejszym wynalazku zostały otrzymane w procesie wyżarzania nanocząstek diamentu (Carbodeon μθί3mond Molto o średnicy 4,2 ± 0,5 nm, zawartość nanodiamentu > 97% wagowych) z wykorzystaniem metody zaproponowanej przez Kuznetsova (V. L. Kuznetsov et al., Chem. Phys. Lett., 222, 343 (1994)) oraz opisanej w zgłoszeniu opatentowanym w 2009 roku (LIS 2009/0220407 A1, Echegoyen et al„ Preparation and functionalization of carbon nano-onions).Polyhedral fullerenes with a diameter of about 5-6 nm (6-8 carbon layers) used in the present invention were obtained by annealing diamond nanoparticles (Carbodeon μθί3mond Molto with a diameter of 4.2 ± 0.5 nm, nanodiamond content> 97% by weight) with using the method proposed by Kuznetsov (VL Kuznetsov et al., Chem. Phys. Lett., 222, 343 (1994)) and described in the patent application in 2009 (LIS 2009/0220407 A1, Echegoyen et al. "Preparation and functionalization of carbon nano-onions).

Do otrzymania poniższych układów donorowo-akceptorowych według niniejszego wynalazku użyto następujących odczynników: 4-aminobenzyloamina (~ 99%); fenol (>99%); 1,2-dicyjanobenzen (~ 98%); azotyn izopentylu (~ 96%); chlorek tionylu (>99%); wodny roztwór amoniaku (25% CZDA); maleimid (~ 99%); chlorek cynku (>98%); kwas azotowy(V) (65%); ferrocenowy kwas karboksylowyThe following reagents were used to prepare the following donor acceptor systems of the present invention: 4-aminobenzylamine (~ 99%); phenol (> 99%); 1,2-dicyanobenzene (~ 98%); isopentyl nitrite (~ 96%); thionyl chloride (> 99%); aqueous ammonia solution (25% CZDA); maleimide (~ 99%); zinc chloride (> 98%); nitric acid (65%); ferrocene carboxylic acid

PL 237 407 Β1 (97%); aceton (99,5% CZDA); toluen (>99,7% CZDA); 2-propanol (CZDA); woda dejonizowana o oporności 18,2 ΜΩ, dimetyloformamid (99,9%).PL 237 407 Β1 (97%); acetone (99.5% CZDA); toluene (> 99.7% CZDA); 2-propanol (CZDA); deionized water with a resistance of 18.2 Ω, dimethylformamide (99.9%).

W celu potwierdzenia otrzymania układów donorowo-akceptorowych według niniejszego wynalazku zastosowano następującą aparaturę badawczą:In order to confirm the obtaining of the donor-acceptor systems according to the present invention, the following test equipment was used:

-spektrometr NMR Bruker Avance II - widma 1H NMR zostały zarejestrowane przy częstotliwości 400 MHz, rozpuszczalnikiem był deuterowany benzen (CeDe), przesunięcia chemiczne podano w ppm;Bruker Avance II NMR spectrometer - 1 H NMR spectra were recorded at 400 MHz, solvent was deuterated benzene (CeDe), chemical shifts are given in ppm;

- mikroskop FTIR Nicolet iN10 MX - widma FTIR zarejestrowano w zakresie 4000-700 cm1 przy użyciu detektora matrycowego chłodzonego ciekłym azotem;- Nicolet iN10 MX FTIR microscope - FTIR spectra were recorded in the range of 4000-700 cm 1 using a liquid nitrogen cooled array detector;

- mikroskop SEM TFP 2017/12 Inspect S50 FEI - zdjęcia SEM zrobiono przy powiększeniu 1000xz rozdzielczością 100 μπι, próbki naniesione zostały na złotą folię;- SEM TFP 2017/12 Inspect S50 FEI microscope - SEM photos were taken at 1000x magnification with a resolution of 100 μπι, samples were applied to gold foil;

- potencjostat/galwanostat Autolab - krzywe woltamperometryczne zostały zarejestrowane w układzie trójelektrodowym w mieszaninie acetonitryl/toluen (1:4, v/v) w zakresie potencjałów -1,0 4-1,0 V przy stałej szybkości polaryzacji 50 mV/s;- Autolab potentiostat / galvanostat - voltammetric curves were recorded in a three-electrode system in the acetonitrile / toluene mixture (1: 4, v / v) in the potential range of -1.0 4.0 V at a constant polarization rate of 50 mV / s;

- łaźnia ultradźwiękowa BANDELIN electronic - do zdyspergowania zawiesin użyto ultradźwięków o mocy 35 kHz, 80/320W;- BANDELIN electronic ultrasonic bath - ultrasound with the power of 35 kHz, 80 / 320W was used to disperse the suspensions;

- wirówka HERMLE Labortechnik GmbH - używana szybkość 6000 obr/min.- centrifuge HERMLE Labortechnik GmbH - used speed 6000 rpm.

PRZYKŁAD 1EXAMPLE 1

Wytwarzanie układu donorowego CNOs/4-aminobenzyloamina (1), a następnie otrzymanie pełnego złącza donorowo-akceptorowego CNOs/4-aminobenzyloamina/Fc (2)Preparation of the CNOs / 4-aminobenzylamine donor system (1) and then obtaining the complete CNOs / 4-aminobenzylamine / Fc donor-acceptor junction (2)

OABOUT

Schemat reakcji syntezy układu donorowo-akceptorowego zawierającego nanocebulki węglowe zmodyfikowane 4-aminobenzyloaminą i ferrocenem (CNOs/4-aminobenzyloamina/Fc).Reaction scheme for the synthesis of a donor-acceptor system containing carbon nanobubules modified with 4-aminobenzylamine and ferrocene (CNOs / 4-aminobenzylamine / Fc).

Etap I: Etap pierwszy polega na reakcji nanocebulek węglowych z 4-aminobenzyloaminą w obecności azotynu izopentylu. W 25-mililitrowej kolbie okrągłodennej umieszczono CNOs (200 mg) i 4-aminobenzyloaminę (123 mg) bez użycia żadnego rozpuszczalnika. Kolbę z opisaną powyżej zawartością umieszczono na mieszadle magnetycznym i połączono z chłodnicą zwrotną. Dokładnie wymieszano i powoli dodawano azotyn izopentylu (120 mg) jako katalizator reakcji. Następnie zawartość kolby powoli doprowadzono do temperatury 60°C i ogrzewano przez 26 godzin, utrzymując stałą temperaturę. Po zakończeniu reakcji mieszaninę doprowadzono do temperatury pokojowej, po czym przemywano kilkukrotnie wodą dejonizowaną, a następnie acetonem. Oczyszczony osad z substratów poreakcyjnych suszono w piecu w atmosferze powietrza w 50°C przez 12 godzin. W wyniku reakcji otrzymano układ CNOs/4-aminobenzyloamina (1), który jest układem donorowym, a jednocześnie substratem w drugim etapie reakcji.Stage I: The first stage consists in the reaction of carbon nanobubules with 4-aminobenzylamine in the presence of isopentyl nitrite. CNOs (200 mg) and 4-aminobenzylamine (123 mg) were placed in a 25 ml round bottom flask without the use of any solvent. The flask with the contents described above was placed on a magnetic stirrer and connected to a reflux condenser. This was mixed well and isopentyl nitrite (120 mg) was slowly added as a reaction catalyst. The contents of the flask were then slowly brought to 60 ° C and heated for 26 hours keeping the temperature constant. After completion of the reaction, the mixture was brought to room temperature and then washed several times with deionized water and then with acetone. The purified pellet from the reaction substrate was dried in an oven in an air atmosphere at 50 ° C for 12 hours. As a result of the reaction, the CNOs / 4-aminobenzylamine system (1) was obtained, which is a donor system and, at the same time, a substrate in the second stage of the reaction.

1H NMR (400 MHz, C6D6, δ, ppm): 6,28; 5,35; 4,21; 4,03; 3,75; 3,50; 2,36; 2,18; 2,05; 1,83; 1,56; 1,27; 0,85. 1 H NMR (400 MHz, C 6 D 6 , δ, ppm): 6.28; 5.35; 4.21; 4.03; 3.75; 3.50; 2.36; 2.18; 2.05; 1.83; 1.56; 1.27; 0.85.

FTIR (cm1): 3378 (vn-h), 2942 (vsp2c-h), 1564 (5n-h, vc=o), 1489 (Vc=c), 1170 (von), 782 (5n-h).FTIR (cm 1 ): 3378 (vn-h), 2942 (vsp 2 ch), 1564 (5n-h, vc = o), 1489 (Vc = c), 1170 (von), 782 (5n-h).

Na Fig. 1 przedstawiono porównanie wyników dyspersji dla 0,5 mg/ml roztworu wielościennych fulerenów w toluenie: CNOs/4-aminobenzyloamina (1)-Fig. 1b i CNOs-Fig. 1a. Przedstawione zdjęcia wskazują na to, że wyjściowe nanocebulki węglowe (materiał niezmodyfikowany) charakteryzują się mniejszą dyspersyjnością w porównaniu ze sfunkcjonalizowanymi CNOs. Świadczy o tym proces sedymentacji widoczny na zdjęciach dla czystych wielościennych fulerenów (Fig. 1a) oraz trwałość roztworu zmodyfikowanych CNOs (Fig. 1b).Fig. 1 shows a comparison of the dispersion results for a 0.5 mg / ml solution of polyhedral fullerenes in toluene: CNOs / 4-aminobenzylamine (1) -Fig. 1b and CNOs-Fig. 1a. The presented photos show that the starting carbon nanobubbles (unmodified material) are characterized by lower dispersibility compared to functionalized CNOs. This is evidenced by the sedimentation process visible in the photos for pure polyhedral fullerenes (Fig. 1a) and the stability of the solution of modified CNOs (Fig. 1b).

Na Fig. 2 przedstawiono zdjęcia zrobione z wykorzystaniem skaningowego mikroskopu elektronowego (SEM) w celu porównania właściwości nanocebulek niezmodyfikowanych (Fig. 2a) oraz zmodyfikowanych CNOs/4-aminobenzyloamina (Fig. 2b). Można zaobserwować zwiększenie dyspersyjności na Fig. 2b, a tym samym zmniejszenie ilości agregatów obecnych w próbce.Fig. 2 shows pictures taken with a scanning electron microscope (SEM) to compare the properties of unmodified nanobubules (Fig. 2a) and modified CNOs / 4-aminobenzylamine (Fig. 2b). An increase in dispersion can be seen in Fig. 2b and thus a reduction in the amount of aggregates present in the sample.

Etap II: W kolbie okrągłodennej umieszczono 80 mg wielościennych fulerenów zmodyfikowanych 4-aminobenzylaminą i 44 mg ferrocenowego kwasu karboksylowego, następnie dodano ml dimetyloformamidu. Mieszaninę ogrzano do 90°C i mieszano przez 20 godzin. Po zakończeniu reakcji mieszaninęStep II: 80 mg of 4-aminobenzylamine-modified polyhedral fullerenes and 44 mg of ferrocene carboxylic acid were placed in a round bottom flask, then ml of dimethylformamide was added. The mixture was heated to 90 ° C and stirred for 20 hours. After the reaction is complete, the mixture is

PL 237 407 Β1 doprowadzono do temperatury pokojowej, po czym przemywano kilkukrotnie wodą dejonizowaną, a następnie acetonem. W celu przyspieszenia sedymentacji mieszaninę odwirowano i usunięto roztwór znad osadu. Czynność powtórzono kilkukrotnie. Oczyszczony osad z substratów poreakcyjnych suszono w piecu w atmosferze powietrza w 50°C przez 12 godzin (CNOs/4-aminobenzyloamina/Fc (2)).PL 237 407 Β1 was brought to room temperature, then washed several times with deionized water, and then with acetone. In order to accelerate sedimentation, the mixture was centrifuged and the supernatant solution was removed. The operation was repeated several times. The purified post-reaction substrate pellet was dried in an oven under air at 50 ° C for 12 hours (CNOs / 4-aminobenzylamine / Fc (2)).

1H NMR (400 MHz, C6D6, δ, ppm): 6,29; 5,32; 4,16; 4,03; 3,76; 3,62; 3,50; 2,46; 2,36; 2,18; 2,02; 1 H NMR (400 MHz, C 6 D 6 , δ, ppm): 6.29; 5.32; 4.16; 4.03; 3.76; 3.62; 3.50; 2.46; 2.36; 2.18; 2.02;

1,86; 1,61; 1,26;0,90.1.86; 1.61; 1.26; 0.90.

FTIR (cm1): 3347 (vn-h), 2923 (v sp2c-h), 1561 (5n-h,vc=o), 1504 (vc=c,vc=c PierścFe2+),1166 (von), 796 (5n-h).FTIR (cm 1 ): 3347 (vn-h), 2923 (v sp 2 ch), 1561 (5n-h, vc = o), 1504 (vc = c, vc = c F e 2+ ), 1166 (von ), 796 (5n-h).

Na Fig. 3 przedstawiono cykliczną krzywą chronowoltamperometryczną - 3b, świadczącą o przyłączeniu ferrocenowego kwasu karboksylowego (jako donora), do wcześniej sfunkcjonalizowanych wielościennych fulerenów (jako akceptora). Charakterystyczne piki utlenienia i redukcji świadczą o elektroaktywności otrzymanego złącza donorowo- akceptorowego (CNOs/4-aminobenzyloamina/Fc).Fig. 3 shows a cyclic chronovoltammetric curve - 3b showing the attachment of ferrocene carboxylic acid (as donor) to previously functionalized polyhedral fullerenes (as acceptor). The characteristic oxidation and reduction peaks indicate the electroactivity of the obtained donor-acceptor junction (CNOs / 4-aminobenzylamine / Fc).

PRZYKŁAD 2EXAMPLE 2

Wytwarzanie układu donorowego CNOs/pochodna aminowa (3), a następnie otrzymanie pełnego złącza donorowo-akceptorowego (CNOs/pochodna aminowa/Fc (4)) zgodnie z poniższym schematem reakcji.Preparation of the CNOs / amino derivative (3) donor system, followed by the preparation of the complete donor-acceptor junction (CNOs / amino derivative / Fc (4)) according to the following reaction scheme.

Schemat reakcji syntezy układu donorowo-akceptorowego opierającego się na aminowych pochodnych wielowarstwowych fulerenów oraz ferrocenie (CNOs/pochodna aminowa/Fc).Scheme of the synthesis reaction of the donor-acceptor system based on the amine derivatives of multilayer fullerenes and ferrocene (CNOs / amine derivative / Fc).

Etap I: W 50-mililitrowej kolbie okrągłodennej umieszczono 125 mg fenolu oraz 170 mg 1,2-dicyjanobenzenu. Kolbę z opisaną powyżej zawartością umieszczono na mieszadle magnetycznym i połączono z chłodnicą zwrotną. Całość mieszano i doprowadzono do temperatury 130°C, ogrzewając mieszaninę reakcyjną przez 6 godzin.Stage I: 125 mg of phenol and 170 mg of 1,2-dicyanobenzene were placed in a 50 ml round bottom flask. The flask with the contents described above was placed on a magnetic stirrer and connected to a reflux condenser. The mixture was stirred and brought to 130 ° C while heating the reaction mixture for 6 hours.

Etap II: W etapie drugim do powyższej mieszaniny reakcyjnej dodano 325 mg nanocebulek węglowych zmodyfikowanych 4-aminobenzyloaminą (CNOs/4-aminobenzyloamina (1)) otrzymanych w etapie I Przykładu 1 i rozpuszczono w 5 ml toluenu. Następnie zawartość 15 kolby powoli mieszano i doprowadzono do temperatury 100°C oraz ogrzewano przez 24 godziny, utrzymując stałą temperaturę. Po zakończeniu reakcji mieszaninę doprowadzono do temperatury pokojowej, po czym przemyto kilkukrotnie wodą dejonizowaną, a następnie acetonem. Oczyszczony osad z substratów poreakcyjnych suszono w piecu w atmosferze powietrza w temperaturze 50°C przez 12 godzin. W wyniku reakcji otrzymano układ CNOs/pochodna aminowa (3), który jest układem donorowym, a jednocześnie substratem w drugim etapie reakcji.Step II: In the second step, 325 mg of 4-aminobenzylamine modified carbon nanobubbles (CNOs / 4-aminobenzylamine (1)) obtained in step I of Example 1 were added to the above reaction mixture and dissolved in 5 ml of toluene. The contents of the flask were then slowly stirred and brought to 100 ° C and heated for 24 hours keeping the temperature constant. After completion of the reaction, the mixture was brought to room temperature and then washed several times with deionized water and then with acetone. The purified pellet from the reaction substrate was dried in an oven in an air atmosphere at 50 ° C for 12 hours. As a result of the reaction, the CNOs / amino derivative system (3) was obtained, which is a donor system and, at the same time, a substrate in the second stage of the reaction.

1H NMR (400 MHz, C6D6, δ, ppm): 4,26; 3,57; 3,01; 2,37; 1,86; 1,55;1,32; 0,92 1 H NMR (400 MHz, C 6 D 6 , δ, ppm): 4.26; 3.57; 3.01; 2.37; 1.86; 1.55; 1.32; 0.92

FTIR (cm1): 3352 (vn-h), 2925 (v sp 2c-h), 1651 (5n-h), 1502 (vc=c),1174 (von), 834; 757 (5n-h).FTIR (cm 1 ): 3352 (vn-h), 2925 (v sp 2 ch), 1651 (5n-h), 1502 (vc = c), 1174 (von), 834; 757 (5n-h).

Na Fig. 1 przedstawiono porównanie wyników dyspersji dla 0,5 mg/ml roztworu wielościennych fulerenów w toluenie: CNOs/pochodna aminowa (3) - Fig. 1c i CNOs - Fig.la. Przedstawione zdjęcia wskazują na to, że wyjściowe nanocebulki węglowe (materiał niezmodyfi kowany) charakteryzują się mniejszą dyspersyjnością w porównaniu ze sfunkcjonalizowanymi CNOs. Świadczy o tym proces sedymentacji widoczny na zdjęciach dla czystych wielościennych fulerenów (Fig. 1a) oraz trwałość roztworu zmodyfikowanych CNOs (Fig. 1c).Fig. 1 shows a comparison of the dispersion results for a 0.5 mg / ml solution of polyhedral fullerenes in toluene: CNOs / amine derivative (3) - Fig. 1c and CNOs - Fig.la. The presented photos show that the starting carbon nanobubbles (unmodified material) are characterized by lower dispersibility compared to functionalized CNOs. This is evidenced by the sedimentation process visible in the photos for pure polyhedral fullerenes (Fig. 1a) and the stability of the solution of modified CNOs (Fig. 1c).

Na Fig. 2 przedstawiono zdjęcia zrobione z wykorzystaniem skaningowego mikroskopu elektronowego (SEM) w celu porównania właściwości nanocebulek niezmodyfikowanych (Fig. 2a) oraz nanocebulek węglowych zawierających grupy aminowe (Fig. 2c). Można zaobserwować zwiększenie dyspersyjności na Fig. 2c, a tym samym zmniejszenie ilości agregatów obecnych w próbce.Fig. 2 shows pictures taken with a scanning electron microscope (SEM) to compare the properties of unmodified nanobubbles (Fig. 2a) and carbon nanobubbles containing amino groups (Fig. 2c). An increase in dispersion can be seen in Fig. 2c and thus a reduction in the amount of aggregates present in the sample.

Etap III: Mieszaninę reakcyjną zawierającą 80 mg nanocebulek węglowych zmodyfikowanych pochodną z grupami aminowymi oraz 40 mg ferrocenowego kwasu karboksylowego w 5 ml toluenuStage III: Reaction mixture containing 80 mg of amino derivative modified carbon nanobubbles and 40 mg of ferrocene carboxylic acid in 5 ml of toluene

PL 237 407 Β1 umieszczono w kolbie okrągłodennej pod chłodnicą zwrotną, następnie mieszano i ogrzano do temperatury równej 90°C. Reakcja prowadzona była w niezmiennych warunkach przez 24 godziny. Po zakończeniu reakcji mieszaninę doprowadzono do temperatury pokojowej, po czym przemywano kilkukrotnie wodą dejonizowaną, a następnie acetonem. W celu przyspieszenia sedymentacji mieszaninę odwirowano i usunięto roztwór znad osadu. Czynność powtórzono kilkukrotnie. Oczyszczony osad z substratów poreakcyjnych suszono w piecu w atmosferze powietrza w 50°C przez 12 godzin. W wyniku reakcji otrzymano nanocebulki węglowe zawierające grupy aminowe oraz pochodną ferrocenu (CNOs/pochodna aminowa/Fc (4)).PL 237 407 µ1 was placed in a round bottom reflux flask, then stirred and heated to a temperature equal to 90 ° C. The reaction was run under constant conditions for 24 hours. After completion of the reaction, the mixture was brought to room temperature and then washed several times with deionized water and then with acetone. In order to accelerate sedimentation, the mixture was centrifuged and the supernatant solution was removed. The operation was repeated several times. The purified pellet from the reaction substrate was dried in an oven in an air atmosphere at 50 ° C for 12 hours. As a result of the reaction, carbon nanobubules containing amino groups and a ferrocene derivative (CNOs / amino derivative / Fc (4)) were obtained.

1H NMR (400 MHz, C6D6, δ, ppm): 4,25; 3,58; 3,00; 2,11; 1,54; 1,40; 1,24; 0,95; 0,87 1 H NMR (400 MHz, C 6 D 6 , δ, ppm): 4.25; 3.58; 3.00; 2.11; 1.54; 1.40; 1.24; 0.95; 0.87

FTIR (cm1): 3302 (vn-h), 2924 (v sp 2c-h), 1661 (5n-h), 1561 (vc=c),1090 (von), 837; 751 (5n-h).FTIR (cm 1 ): 3302 (vn-h), 2924 (v sp 2 ch), 1661 (5n-h), 1561 (vc = c), 1090 (von), 837; 751 (5n-h).

Na Fig. 3 przedstawiono krzywą woltamperometrii cyklicznej - 3c, świadczącą o przyłączeniu ferrocenowego kwasu karboksylowego (jako donora), do wcześniej sfunkcjonalizowanych wielościennych fulerenów (jako akceptora). Charakterystyczne piki utlenienia i redukcji świadczą o elektroaktywności otrzymanego złącza donorowo-akceptorowego (CNOs/pochodna aminowa/Fc).Fig. 3 shows a cyclic voltammetry curve - 3c showing the attachment of ferrocene carboxylic acid (as donor) to previously functionalized polyhedral fullerenes (as acceptor). The characteristic oxidation and reduction peaks indicate the electroactivity of the obtained donor-acceptor junction (CNOs / amino derivative / Fc).

PRZYKŁAD 3EXAMPLE 3

Wytwarzanie układu donorowego CNOs/amid (1), a następnie otrzymanie pełnego złącza donorowo-akceptorowego (CNOs/amid/Fc (2)) zgodnie z poniższym schematem reakcji.Preparation of the CNOs / amide donor system (1), followed by preparation of the complete donor-acceptor junction (CNOs / amide / Fc (2)) according to the following reaction scheme.

Schemat reakcji syntezy układu donorowo-akceptorowego opierającego się na amidowych pochodnych wielowarstwowych fulerenów i ferrocenie (CNOs/amid/Fc) obejmujący początkowe utworzenie układu donorowego (CNOs/amid (1)), a następnie otrzymanie pełnego złącza donorowo-akceptorowego (CNOs/amid/Fc (2)):Reaction scheme for the synthesis of the donor-acceptor system based on amide multilayer derivatives of fullerenes and ferrocene (CNOs / amide / Fc), including the initial formation of the donor system (CNOs / amide (1)), and then obtaining the complete donor-acceptor junction (CNOs / amide / Fc (2)):

Etap I: Etap ten polega na reakcji utleniania CNOs w obecności 3 M roztworu kwasu azotowego metodą opracowaną przez A. S. Rettenbacher et. al., Chem. Eur. J., 12, 376, (2006).Stage I: This stage involves the oxidation of CNOs in the presence of a 3M nitric acid solution by the method developed by A. S. Rettenbacher et. al., Chem. Eur. J., 12, 376, (2006).

1H NMR (400 MHz, C6D6, δ, ppm): 6,09; 4,23; 3,58; 2,11; 1,67; 1,40; 0,96. 1 H NMR (400 MHz, C 6 D 6 , δ, ppm): 6.09; 4.23; 3.58; 2.11; 1.67; 1.40; 0.96.

Etap II: W kolbie okrągłodennej umieszczono 200 mg utlenionych w etapie I CNOs zdyspergowanych w 20 ml dimetyloformamidu (DMF). Kolbę z mieszaniną reakcyjną umieszczono na mieszadle magnetycznym i połączono z chłodnicą zwrotną. Dokładnie wymieszano, jako katalizatora reakcji użyto 20 mg chlorku cynku, a następnie porcjami dodawano chlorek tionylu (120 mg). Zawartość kolby powoli doprowadzono do temperatury 70°C i ogrzewano przez 6 godzin, utrzymując stałe warunki syntezy. Podczas reakcji otrzymano CNOs z grupami -COCI, które charakteryzują się wysoką reaktywnością.Stage II: 200 mg of CNOs oxidized in Stage I, dispersed in 20 ml of dimethylformamide (DMF), were placed in a round-bottom flask. The reaction flask was placed on a magnetic stirrer and connected to a reflux condenser. After mixing thoroughly, 20 mg of zinc chloride was used as a catalyst for the reaction, then thionyl chloride (120 mg) was added portionwise. The contents of the flask were slowly brought to 70 ° C and heated for 6 hours, keeping the synthesis conditions constant. During the reaction, CNOs were obtained with -COCI groups, which are characterized by high reactivity.

Etap III: W kolejnym etapie do mieszaniny otrzymanej w etapie II, dodano 25% wodny roztwór amoniaku (0,5 ml). Mieszaninę umieszczono na mieszadle magnetycznym i ogrzewano pod chłodnicą zwrotną, utrzymując stałą temperaturę na poziomie 110°C przez 24 godziny. Na tym etapie otrzymano nanocebulki węglowe sfunkcjonalizowane grupami amidowymi (CNOs/amid (1)).Stage III: In the next stage, a 25% aqueous ammonia solution (0.5 ml) was added to the mixture obtained in stage II. The mixture was placed on a magnetic stirrer and heated to reflux, keeping the temperature constant at 110 ° C for 24 hours. At this stage, carbon nanobubules functionalized with amide groups (CNOs / amide (1)) were obtained.

1H NMR (400 MHz, C6D6, δ, ppm): 5,30; 4,21; 3,50; 3,01; 2,35; 2,18; 2,15; 1,86; 1,32; 0,91. 1 H NMR (400 MHz, C 6 D 6 , δ, ppm): 5.30; 4.21; 3.50; 3.01; 2.35; 2.18; 2.15; 1.86; 1.32; 0.91.

FTIR (cm1): 3396 (vn-h), 2924 (v sp 2c-h), 1613 (5n-h, vc=o),1400 (vc=c)1067 (vc-n), 867 (5n-h).FTIR (cm 1 ): 3396 (vn-h), 2924 (v sp 2 ch), 1613 (5n-h, vc = o), 1400 (vc = c) 1067 (vc-n), 867 (5n-h ).

Na Fig. 4 przedstawiono porównanie wyników dyspersji dla 0,5 mg/ml roztworu wielościennych fulerenów w toluenie: CNOs - Fig. 4a i CNOs/amid (1) - Fig. 4b. Przedstawione zdjęcia wskazują na to, że wyjściowe nanocebulki węglowe (materiał niezmodyfikowany) charakteryzują się mniejszą dyspersyjnością w porównaniu ze sfunkcjonalizowanymi CNOs. Świadczy o tym proces sedymentacji widoczny na zdjęciach dla czystych wielościennych fulerenów (Fig. 4a) oraz trwałość zawiesiny zmodyfikowanych CNOs (Fig. 4b).Fig. 4 shows a comparison of the dispersion results for a 0.5 mg / ml solution of polyhedral fullerenes in toluene: CNOs - Fig. 4a and CNOs / amide (1) - Fig. 4b. The presented photos show that the starting carbon nanobubbles (unmodified material) are characterized by lower dispersibility compared to functionalized CNOs. This is evidenced by the sedimentation process visible in the photos for pure polyhedral fullerenes (Fig. 4a) and the stability of the modified CNOs suspension (Fig. 4b).

Na Fig. 5 przedstawiono zdjęcia zrobione z wykorzystaniem skaningowego mikroskopu elektronowego (SEM) w celu porównania właściwości nanocebulek niezmodyfikowanych (Fig. 5a) oraz nanocebulek węglowych zawierających grupy amidowe (Fig. 5b). Można zaobserwować zwiększenie dyspersyjności na Fig. 5b, a tym samym zmniejszenie ilości agregatów obecnych w próbce.Fig. 5 shows pictures taken with a scanning electron microscope (SEM) to compare the properties of unmodified nanobubbles (Fig. 5a) and carbon nanobubules containing amide groups (Fig. 5b). An increase in dispersion can be seen in Fig. 5b and thus a reduction in the amount of aggregates present in the sample.

Etap IV: W kolbie okrągłodennej umieszczono 80 mg nanocebulek węglowych zmodyfikowanych grupami amidowymi i 56 mg ferrocenowego kwasu karboksylowego w 5 ml DMF. Mieszaninę umieszczono na mieszadle magnetycznym i ogrzewano pod chłodnicą zwrotną, utrzymując stałą temperaturęStage IV: 80 mg of amide-modified carbon nanobubbles and 56 mg of ferrocene carboxylic acid in 5 ml of DMF were placed in a round-bottom flask. The mixture was placed on a magnetic stirrer and heated to reflux, keeping the temperature constant

PL 237 407 Β1 na poziomie 90°C przez 20 godzin. Po ochłodzeniu układu do temperatury pokojowej przemywano kilkukrotnie wodą dejonizowaną, a następnie acetonem. W celu przyspieszenia sedymentacji mieszaninę odwirowano i usunięto roztwór znad osadu. Czynność powtórzono kilkukrotnie. Oczyszczony osad z substratów poreakcyjnych suszono w piecu w atmosferze powietrza w 50°C przez 12 godzin (CNOs/amid/Fc (2)).PL 237 407 Β1 at 90 ° C for 20 hours. After cooling the system to room temperature, it was washed several times with deionized water and then with acetone. In order to accelerate sedimentation, the mixture was centrifuged and the supernatant solution was removed. The operation was repeated several times. The purified pellet from the reaction substrate was dried in an oven under an air atmosphere at 50 ° C for 12 hours (CNOs / amide / Fc (2)).

1HNMR (400 MHz, C6D6, δ, ppm): 5,35; 4,13; 4,03; 3,76; 3,50; 2,18; 2,05; 1,86; 1,58; 1,27; 0,89. 1 HNMR (400 MHz, C 6 D 6 , δ, ppm): 5.35; 4.13; 4.03; 3.76; 3.50; 2.18; 2.05; 1.86; 1.58; 1.27; 0.89.

FTIR (cm1): 3354 (vn-h), 2923 (v sp2&h), 1593 (5n-h, voo),1416 (voc, vc-c PierścFe2+),1041 (von), 799 (8n-h).FTIR (cm 1 ): 3354 (vn-h), 2923 (v sp 2 & h), 1593 (5n-h, voo), 1416 (voc, vc-c PierścFe 2+ ), 1041 (von), 799 (8n -h).

Na Fig. 6 przedstawiono krzywą woltamperometrii cyklicznej - 6b, świadczącą o przyłączeniu ferrocenowego kwasu karboksylowego (jako donora), do wcześniej sfunkcjonalizowanych wielościennych fulerenów (jako akceptora). Charakterystyczne piki utlenienia i redukcji świadczą o elektroaktywności otrzymanego złącza donorowo-akceptorowego (CNOs/amid/Fc) PRZYKŁAD 4Fig. 6 shows a cyclic voltammetry curve - 6b, showing the attachment of ferrocene carboxylic acid (as donor) to previously functionalized polyhedral fullerenes (as acceptor). The characteristic oxidation and reduction peaks indicate the electroactivity of the obtained donor-acceptor junction (CNOs / amide / Fc). EXAMPLE 4

Wytwarzanie układu donorowego CNOs/maleimid (1), a następnie otrzymanie pełnego złącza donorowo-akceptorowego (CNOs/maleimid/Fc (2)) zgodnie z poniższym schematem reakcji.Preparation of the CNOs / maleimide donor system (1), then preparation of the complete donor-acceptor junction (CNOs / maleimide / Fc (2)) according to the following reaction scheme.

Schemat reakcji syntezy układu donorowo-akceptorowego opierającego się na nanocebulkach węglowych zmodyfikowanych maleimidem oraz ferrocenem (CNOs/maleimid/Fc).Scheme of the synthesis of a donor-acceptor system based on carbon nanobubules modified with maleimide and ferrocene (CNOs / maleimide / Fc).

Układ donorowo-akceptorowy CNOs/maleimid (1) korzystnie otrzymano w wyniku reakcji wielościennych fulerenów i maleimidu, stosując chlorek cynku jako katalizator i toluen jako rozpuszczalnik. Otrzymany produkt poddano reakcji z ferrocenowym kwasem karboksylowym w celu uzyskania złącza donorowo-akceptorowego (CNOs/maleimid/Fc (2)).The CNOs / maleimide donor-acceptor system (1) is preferably obtained by reacting polyhedral fullerenes and maleimide using zinc chloride as catalyst and toluene as solvent. The obtained product was reacted with ferrocene carboxylic acid to obtain a donor-acceptor junction (CNOs / maleimide / Fc (2)).

Sposób wytwarzania tego układu obejmuje początkowe utworzenie układu donorowego (CNOs/maleimid (1)), a następnie otrzymanie pełnego złącza donorowo-akceptorowego 15 (CNOs/maleimid/Fc (2)):The method of producing this system comprises initially forming a donor system (CNOs / maleimide (1)) and then obtaining a complete donor-acceptor junction (CNOs / maleimide / Fc (2)):

Etap I: W etapie pierwszym wykorzystano 200 mg nanocebulek węglowych do reakcji z 98,1 mg maleimidu. Mieszaninę reakcyjną wraz z 20 mg chlorku cynku (katalizator) umieszczono w kolbie okrągłodennej pod chłodnicą zwrotną, dodano 10 ml toluenu. Następnie zawartość kolby powoli doprowadzono do temperatury 110°C, powoli mieszając. Całość ogrzewano 20 przez 26 godzin, utrzymując stałą temperaturę. Po zakończeniu reakcji mieszaninę doprowadzono do temperatury pokojowej, po czym przemywano kilkukrotnie wodą dejonizowaną, a następnie acetonem. Oczyszczony osad z substratów poreakcyjnych suszono w piecu w atmosferze powietrza w 50°C przez 12 godzin. W wyniku reakcji otrzymano CNOs/maleimid (1), który jest układem donorowym, a jednocześnie substratem w drugim etapie reakcji.Stage I: In the first stage, 200 mg of carbon nanobubbles were used to react with 98.1 mg of maleimide. The reaction mixture with 20 mg of zinc chloride (catalyst) was placed in a round bottom flask under reflux, 10 ml of toluene were added. The contents of the flask were then slowly brought to 110 ° C with slow stirring. It was heated for 26 hours keeping the temperature constant. After completion of the reaction, the mixture was brought to room temperature and then washed several times with deionized water and then with acetone. The purified pellet from the reaction substrate was dried in an oven in an air atmosphere at 50 ° C for 12 hours. As a result of the reaction, CNOs / maleimide (1) was obtained, which is a donor system and, at the same time, a substrate in the second stage of the reaction.

1H NMR (400 MHz, C6D6, δ, ppm): 5,50; 4,26; 3,56; 2,32; 1,81; 1,62; 1,55 1,34; 0,91. 1 H NMR (400 MHz, C 6 D 6 , δ, ppm): 5.50; 4.26; 3.56; 2.32; 1.81; 1.62; 1.55 1.34; 0.91.

FTIR (cm1): 3298 (vn-h), 2919 (v sp 2c-h), 1650 (5n-h, vc=o),1,536 (vc=c) 1302 (vc-n), 833 (5n-h).FTIR (cm 1 ): 3298 (vn-h), 2919 (v sp 2 ch), 1650 (5n-h, vc = o), 1.536 (vc = c) 1302 (vc-n), 833 (5n-h ).

Na Fig. 7 przedstawiono porównanie wyników dyspersji dla 0,5 mg/ml roztworu wielościennych fulerenów w toluenie: CNOs/maleimid - Fig. 7b i CNOs - Fig. 7a. Przedstawione zdjęcia wskazują na to, że wyjściowe nanocebulki węglowe (materiał niezmodyfi kowany) charakteryzują się mniejszą dyspersyjnością w porównaniu ze sfunkcjonalizowanymi CNOs. Świadczy o tym proces sedymentacji widoczny na zdjęciach dla czystych wielościennych fulerenów (Fig. 7a) oraz trwałość roztworu zmodyfikowanych CNOs (Fig. 7b).Fig. 7 shows a comparison of the dispersion results for a 0.5 mg / ml solution of polyhedral fullerenes in toluene: CNOs / maleimide - Fig. 7b and CNOs - Fig. 7a. The presented photos show that the starting carbon nanobubbles (unmodified material) are characterized by lower dispersibility compared to functionalized CNOs. This is evidenced by the sedimentation process visible in the photos for pure polyhedral fullerenes (Fig. 7a) and the stability of the solution of modified CNOs (Fig. 7b).

Na Fig. 8 przedstawiono zdjęcia zrobione z wykorzystaniem skaningowego mikroskopu elektronowego (SEM) w celu porównania właściwości nanocebulek niezmodyfikowanych (Fig. 8a) oraz nanocebulek węglowych zawierających grupy maleimidowe (Fig. 8b). Można zaobserwować zwiększenie dyspersyjności na Fig. 8b, a tym samym zmniejszenie ilości agregatów obecnych w próbce.Fig. 8 shows pictures taken with a scanning electron microscope (SEM) to compare the properties of unmodified nanobubules (Fig. 8a) and carbon nanobubules containing maleimide groups (Fig. 8b). An increase in dispersion can be seen in Fig. 8b and thus a reduction in the amount of aggregates present in the sample.

Etap II: W kolbie okrągłodennej umieszczono 40 mg wielościennych fulerenów zmodyfikowanych maleimidem i 24 mg ferrocenowego kwasu karboksylowego, następnie 15 dodano 2 ml toluenu. MieStep II: 40 mg of maleimide-modified polyhedral fullerenes and 24 mg of ferrocene carboxylic acid were placed in a round bottom flask, then 2 ml of toluene was added. I don't

PL 237 407 Β1 szaninę ogrzano do 90°C i mieszano przez 24 godziny. Po ochłodzeniu układu do temperatury pokojowej przemywano kilkukrotnie wodą dejonizowaną, a następnie acetonem. W celu przyspieszenia sedymentacji mieszaninę odwirowano i usunięto roztwór znad osadu. Czynność powtórzono kilkukrotnie. Oczyszczony osad z substratów poreakcyjnych suszono w piecu w atmosferze powietrza w 50°C przez 12 godzin.The mixture was heated to 90 ° C and stirred for 24 hours. After cooling the system to room temperature, it was washed several times with deionized water and then with acetone. In order to accelerate sedimentation, the mixture was centrifuged and the supernatant solution was removed. The operation was repeated several times. The purified pellet from the reaction substrate was dried in an oven in an air atmosphere at 50 ° C for 12 hours.

1H NMR (400 MHz, C6D6, δ, ppm): 4,26; 3,58; 3,02; 2,11; 1,54; 1 ;40; 1,38; 1,25; 0,96; 0,88 FTIR (cm1): 3013 (v sp2c-h), 1576 (vc=c, vc=o), 1222 (vc-h). 1 H NMR (400 MHz, C6D6, δ, ppm): 4.26; 3.58; 3.02; 2.11; 1.54; 1; 40; 1.38; 1.25; 0.96; 0.88 FTIR (cm 1 ): 3013 (v sp 2 ch), 1576 (vc = c, vc = o), 1222 (vc-h).

Na Fig. 9 przedstawiono krzywą woltamperometrii cyklicznej - 9b, świadczącą o przyłączeniu ferrocenowego kwasu karboksylowego (jako donora), do wcześniej sfunkcjonalizowanych wielościennych fulerenów (jako akceptora). Charakterystyczne piki utlenienia i redukcji 25 świadczą o elektroaktywności otrzymanego złącza donorowo-akceptorowego (CNOs/maleimid/Fc).Fig. 9 shows a cyclic voltammetry curve - 9b showing the attachment of ferrocene carboxylic acid (as donor) to previously functionalized polyhedral fullerenes (as acceptor). The characteristic oxidation and reduction peaks indicate the electroactivity of the obtained donor-acceptor junction (CNOs / maleimide / Fc).

Claims (11)

1. Układ donorowo-akceptorowy o wzorze 11. Donor-acceptor system of formula 1 Wzór 1Formula 1 A oznacza grupę, która jest związana dowolnym wiązaniem z wielowarstwowym fulerenem i jest połączona z ferrocenem za pośrednictwem wiązania amidowego albo imidowego i grupa A jest wybrana spośród.A is a group that is bound by any bond to the multilayer fullerene and is linked to the ferrocene via an amide or imide bond, and the group A is selected from. PL 237 407 Β1PL 237 407 Β1 2. Układ według zastrz. 1 sposród takich jak wybrany2. The system according to claim 1 like the chosen one FeFe OABOUT 3. Sposób wytwarzania układu donorowego-akceptorowego o wzorze 13. A method for producing a donor-acceptor system of formula 1 Wzór 1Formula 1 oznacza wielowarstwowy fuleren,means multilayer fullerene, PL 237 407 Β1PL 237 407 Β1 A oznacza grupę, która jest związana dowolnym wiązaniem z wielowarstwowym fulerenem i jest połączona z ferrocenem za pośrednictwem wiązania amidowego albo imidowego i grupa A jest wybrana spośródA is a group that is bound by any bond to the multilayer fullerene and is linked to the ferrocene via an amide or imide bond, and the group A is selected from znamienny tym, że obejmuje etapy, w których:characterized by the steps of: - wielowarstwowy fuleren poddaje się reakcji funkcjonalizacji z wytworzeniem układu donorowego zawierającego grupę aminową, amidową albo imidową,- multilayer fullerene is functionalized to form a donor system containing an amino, amide or imide group, - sfunkcjonalizowany fuleren jako układ donorowy poddaje się reakcji z kwasem ferrocenowym o wzorze- the functionalized fullerene donor system is reacted with ferrocenoic acid of formula z wytworzeniem układu donorowo-akceptorowego o Wzorze 1.to form a donor-acceptor system of Formula 1. 4. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że reakcję sfunkcjonalizowanego fulerenu jako układu donorowego z kwasem ferrocenowym prowadzi się w rozpuszczalniku, takim jak toluen albo dimetyloformamid i w temperaturze 70-90°C.4. The method according to p. The process of claim 3, wherein the reaction of the functionalized fullerene donor system with ferrocenoic acid is carried out in a solvent such as toluene or dimethylformamide and at a temperature of 70-90 ° C. 5. Sposób według zastrz. 3 albo 4, znamienny tym, że reakcję sfunkcjonalizowanego fulerenu jako układu donorowego z kwasem ferrocenowym prowadzi się przez okres 18-26 godzin.5. The method according to p. The process according to claim 3 or 4, characterized in that the functionalized fullerene donor system is reacted with ferrocenoic acid for a period of 18-26 hours. 6. Układ donorowy wybrany spośród takich jak6. A donor system selected from the following: PL 237 407 Β1PL 237 407 Β1 w których,in which, oznacza wielowarstwowy fuleren,means multilayer fullerene, 7. Sposób wytwarzania układu donorowego o wzorze7. A method for producing a donor system of formula PL 237 407 Β1PL 237 407 Β1 znamienny tym, że prowadzi się reakcję wielowarstwowego fulerenu i 4-aminobenzyloaminy w obecności azotynu izopentylu i bez użycia rozpuszczalnika.characterized by reacting the multilayer fullerene and 4-aminobenzylamine in the presence of isopentyl nitrite and without the use of a solvent. 8. Sposób wytwarzania układu donorowego o wzorze8. A method for producing a donor system of formula znamienny tym, że obejmuje etapy, w którychcharacterized in that it comprises the steps in which - prowadzi się reakcję fenolu i 1,2-dicyjanobenzenu z wytworzeniem związku o wzorze- the reaction of phenol and 1,2-dicyanobenzene is carried out to obtain a compound of the formula NHNH - po czym otrzymany związek poddaje się reakcji ze związkiem o wzorze- thereafter the compound obtained is reacted with a compound of formula PL 237 407 Β1PL 237 407 Β1 9. Sposób wytwarzania układu donorowego o wzorze9. A method for producing a donor system of formula znamienny tym, że obejmuje etapy, w którychcharacterized in that it comprises the steps in which - wielowarstwowy fuleren utlenia się przy użyciu roztworu kwasu azotowego (V),- multilayer fullerene is oxidized with a solution of nitric acid (V), - otrzymany utleniony fuleren poddaje się reakcji z chlorkiem tionylu w obecności chlorku cynku jako katalizatora, i- the oxidized fullerene obtained is reacted with thionyl chloride in the presence of zinc chloride as catalyst, and - otrzymany fuleren modyfikowany reaktywnymi grupami -COCI poddaje się reakcji z wodnym roztworem amoniaku.- the obtained fullerene modified with reactive -COCI groups is reacted with an aqueous solution of ammonia. 10. Sposób wytwarzania układu donorowego o wzorze10. A method for producing a donor system of formula znamienny tym, że wielowarstwowy fuleren poddaje się reakcji z maleimidem w obecności chlorku cynku jako katalizatora.characterized in that the multilayer fullerene is reacted with maleimide in the presence of zinc chloride as catalyst. PL 237 407 Β1PL 237 407 Β1 11. Zastosowanie układu donorowo-akceptorowego o wzorze 111. Use of the donor-acceptor system of formula 1 Wzór 1Formula 1 A oznacza grupę, która jest związana dowolnym wiązaniem z wielowarstwowym fulerenem i jest połączona z ferrocenem za pośrednictwem wiązania amidowego albo imidowego, igrupa A jest wybrana spośródA is a group that is bound by any bond to the multilayer fullerene and is linked to the ferrocene via an amide or imide bond, and group A is selected from do wytwarzania warstwy aktywnej w ogniwach fotowoltaicznych.for the production of an active layer in photovoltaic cells.
PL424099A 2018-01-03 2018-01-03 Donor-acceptor system containing modified amine, amide or imide multi-layered fullerenes and ferrocene and method for producing it PL237407B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL424099A PL237407B1 (en) 2018-01-03 2018-01-03 Donor-acceptor system containing modified amine, amide or imide multi-layered fullerenes and ferrocene and method for producing it

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL424099A PL237407B1 (en) 2018-01-03 2018-01-03 Donor-acceptor system containing modified amine, amide or imide multi-layered fullerenes and ferrocene and method for producing it

Publications (2)

Publication Number Publication Date
PL424099A1 PL424099A1 (en) 2019-07-15
PL237407B1 true PL237407B1 (en) 2021-04-19

Family

ID=67209608

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PL424099A PL237407B1 (en) 2018-01-03 2018-01-03 Donor-acceptor system containing modified amine, amide or imide multi-layered fullerenes and ferrocene and method for producing it

Country Status (1)

Country Link
PL (1) PL237407B1 (en)

Also Published As

Publication number Publication date
PL424099A1 (en) 2019-07-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7350378B2 (en) Small molecule self-supporting films and hybrid materials
Mekki et al. Core/shell, protuberance-free multiwalled carbon nanotube/polyaniline nanocomposites via interfacial chemistry of aryl diazonium salts
Shen et al. Study on amino-functionalized multiwalled carbon nanotubes
Liang et al. Deagglomeration and surface modification of thermally annealed nanoscale diamond
TWI619673B (en) Highly soluble carbon nanotubes with enhanced conductivity
US20120164433A1 (en) Polymer nanocomposite precursors with carbon nanotubes and/or graphene and related thin films and patterning
Xu et al. Synthesis and characterization of water-soluble and conducting sulfonated polyaniline/para-phenylenediamine-functionalized multi-walled carbon nanotubes nano-composite
US20050255030A1 (en) Process for functionalizing carbon nanotubes under solvent-free conditions
US20160280548A1 (en) Isolating semiconducting single-walled nanotubes or metallic single-walled nanotubes and approaches therefor
CN106660807A (en) Method for forming a graphene based material and a product
KR20050108635A (en) Method for selective separation of semiconductive carbon nanotubes
Zhang et al. Cleanly removable surfactant for carbon nanotubes
WO2016114467A1 (en) Method for preparing multi-wall carbon nanotubes modified with methacrylate
Cui et al. Doped polyaniline/multiwalled carbon nanotube composites: Preparation and characterization
Sun et al. Covalent functionalization of boron nitride nanosheets via reductive activation
Thyashan et al. Ionic Liquids Modified CNTs and Graphene as Additives in Vegetable Lubricating Oil: A Route for Sustainable Tribology
Xu et al. Synthesis and characterization of HCl doped polyaniline grafted multi-walled carbon nanotubes core-shell nano-composite
US20090286928A1 (en) Carbon nanotube grafted with low-molecular weight polyaniline and dispersion thereof
PL237407B1 (en) Donor-acceptor system containing modified amine, amide or imide multi-layered fullerenes and ferrocene and method for producing it
US20110112287A1 (en) Carbon nanoparticles, which are covalently bound via a bridge molecule to a target molecule, and a method for the production thereof
US11014818B2 (en) Process for producing graphene oxide products and uses thereof
Musayeva et al. Growth and functionalization of carbon nanotubes for nitroaromatic explosive detection
EP3068726B1 (en) Preparation of functionalised materials
KR100652861B1 (en) Surface Modification Method of Carbon Nanotubes
Du et al. Synthesis and characterization of amphiphilic graphene