Ponzi實現開孔富勒烯選擇性硝化的研究

　　多硝基富勒烯作為一種潛在的含能材料具有重要的研究價值。人們在多硝基富勒烯的合成探究中，逐漸發展了利用發煙硝酸、四氧化二氮(N₂O₄)等試劑來實現富勒烯硝化產物制備的合成方式，然而由于難以控制富勒烯骨架上硝化反應發生的位點以及硝基重排反應的存在，具有精確結構的多硝基化合物的合成一直是一個難題。Ponzi反應是一類以N2O4為反應試劑，將肟官能團轉化為偕二硝基衍生物的經典有機化學反應，具有突出的化學選擇性。但是由于富勒烯自身封閉的球形共軛骨架難以引入肟官能團，因此Ponzi反應不能應用在多硝基富勒烯的制備上。開孔富勒烯具有更為豐富幾何結構和獨特的反應活性，為富勒烯硝化產物的選擇性合成提供了新的可能性。

　　據此，北京大學甘良兵教授課題組通過Ponzio反應，成功實現了開孔富勒烯的選擇性硝化，制備了多種結構確定的多硝基開孔富勒烯。作者首先利用鹽酸羥胺(NH₂OH·HCl)選擇性在開孔富勒烯1和2的骨架上引入一個肟官能團，再進一步在室溫下將其與N₂O₄作用，能夠直接實現開孔富勒烯偕二硝基化合物5和6的合成，反應條件溫和，選擇性好，制備方法簡單。通過X射線對單晶結構進行解析，可以確定兩個硝基位于富勒烯骨架的開孔邊緣，并且其中一個硝基位于開孔正上方，切斷了富勒烯內嵌小分子逸出的通道。

　　進一步研究發現，偕二硝基官能團的存在會影響開孔富勒烯骨架的反應活性，在相同的條件下，化合物6會直接脫去兩分子骨架上的羥基并生產偕二硝基開孔富勒烯7，而化合物1則發生了亞胺的水解，得到化合物2。這項研究為多硝基富勒烯的選擇性合成提供了全新的思路。