СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ФУЛЛЕРЕН[60]СУЛЬФОКСИДОВ Российский патент 2002 года по МПК C01B31/02 C01B31/26 C07C315/00 

Предлагаемое изобретение относится к органической химии, конкретно к способу получения фуллерен[60]сульфоксидов общей формулы (1)

где С₆₀ - аллотропная модификация углерода, n=1-3.

Функционально замещенные фуллерены могут найти применение в качестве комплексообразователей, сорбентов, биологически активных соединений, а также при создании новых материалов с заданными электронными, магнитными и оптическими свойствами.

Известен способ (М. Ohno, S. Kojima, S. Eguchi. J. Chem. Soc., Chem. Commun., 1995, 565-566) получения функционально замещенного фуллерена[60], например дигидротиопиранового производного фуллерена[60] формулы (2) реакцией гетеро-Дильса-Альдера С₆₀ с N-ацилтиоакриламидом при температуре 65^oС в атмосфере аргона с выходом 43-69% по схеме 1.

Известный способ не позволяет получить фуллерен[60]сульфоксиды (1).

Известен способ (G.P. Viller, M.A. Buretea, M.M. Bernardo, C.S. Hsu, H. L. Fang. J. Chem. Soc., Chem. Commun., 1994, 1549-1550) получения функционально замещенных фуллеренов[60], например циклических сульфонатов фуллерена [60] формулы (3) взаимодействием фуллерена[60] с SO₃ по схеме 2.

Известным способом не могут быть получены фуллерен[60]сульфоксиды (1).

Таким образом, в литературе отсутствуют сведения по синтезу фуллерен[60] сульфоксидов (1).

Предлагается новый способ синтеза фуллерен[60]сульфоксидов (1).

Сущность способа заключается во взаимодействии фуллерен[60] (аллотропная модификация углерода) с избытком тионилхлорида (SOCl₂), взятыми в мольном соотношении С₆₀: SOCl₂= 1:(40-60), предпочтительно 1:50, в атмосфере аргона при температуре 90-110^oС, предпочтительно 100^oС, в течение 6-10 ч, предпочтительно 8 ч, в толуоле в качестве растворителя. Выход фуллерен[60]сульфоксидов (1) составляет (по данным ВЭЖХ) 64-82%. Реакция протекает по схеме 3.

Тионилхлорид (SOC1₂) берут в значительном избытке по отношению к фуллерену[60] с целью включения в молекулу фуллерена максимального количества сульфоксидных фрагментов. Снижение количества тионилхлорида по отношению к С₆₀, например С₆₀:SOCl₂=1:40, приводит к уменьшению выхода целевых продуктов, а также к снижению вводимых в молекулу фуллерена сульфоксидных фрагментов. Изменение соотношения исходных реагентов в сторону увеличения содержания тионилхлорида по отношению к С₆₀, например C₆₀:SOCl₂=1:60, не приводит к существенному повышению выхода целевых продуктов, а также увеличению количества вводимых в молекулу фуллерена сульфоксидных фрагментов.

Фуллерен[60]сульфоксиды (1) образуются только с участием фуллерена[60] и тионилхлорида.

Проведение реакции при более высокой температуре, например 150^oС, не приводит к существенному увеличению выхода целевых продуктов. При меньшей температуре, например 80^oС, снижается скорость реакции.

Существенные отличил предлагаемого способа
Предлагаемый способ базируется на использовании в качестве исходного реагента тионилхлорида. В известном способе используется SO₃. Предлагаемый способ в отличие от известного позволяет вводить в молекулу фуллерена [60] сульфоксидные фрагменты с получением фуллерен[60]сульфоксидов (1), синтез которых в литературе не описан.

Способ поясняется следующими примерами:
ПРИМЕР 1. В металлический "пальчиковый" автоклав объемом 17 мл в атмосфере аргона при комнатной температуре помещают 0.015 ммоля фуллерена[60], 10 мл сухого толуола и 0.750 ммоля тионилхлорида, перемешивают 8 часов при температуре 100^oС, получают фуллерен[60] сульфоксиды общей формулы (1) с числом сульфоксидных фрагментов от 1 до 3 (по данным ВЭЖХ и элементного анализа) с общим выходом 76%. Спектральные характеристики фуллерен[60] сульфоксидов (1): Спектр ЯМР ¹³С (δ, м.д.): сигналы о области 71.55-79.68 м. д. принадлежат углеродным атомам C-S; сигналы в области 142.76-170.92 м.д. принадлежат углеродным атомам фуллеренового остова. ИК-спектр (ν, см^-1): 1150, 1120, 1020 (S=O). Другие примеры, подтверждающие способ, приведены в таблице.

В качестве растворителя целесообразно использовать толуол, т.к. в нем наибольшая растворимость фуллерена[60].

Изобретение предназначено для химической промышленности и может быть использовано при получении комплексообразователей, сорбентов, новых материалов. В автоклав в атмосфере аргона помещают фуллерен и тионилхлорид в мольном соотношении С₆₀:SОCl₂ = 1:(40-60), добавляют сухой толуол. Нагревают до 90-110^oС при перемешивании, выдерживают 6-10 ч. Получают фуллерен[60]сульфоксид общей формулы

где С₆₀ - аллотропная модификация углерода, n = 1-3. Выход фуллерен[60] сульфоксида 64-82 мас.%. 1 табл.

Способ получения фуллерен[60]сульфоксидов общей формулы I

где С₆₀ - аллотропная модификация углерода;
n = 1-3,
отличающийся тем, что фуллерен[60] взаимодействует с избытком тионилхлорида, взятыми в мольном соотношении С₆₀:SОCl₂ = 1:(40-60), в атмосфере аргона, в среде толуола в качестве растворителя при температуре 90-110^oС в течение 6-10 ч.