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聯(lián)立縮擴環(huán)反應—-雜環(huán)稠合開環(huán)富勒烯C60的電合成及其光伏應用
近日，中國科學技術大學王官武教授課題組通過電化學還原[60]富勒烯稠合四氫噠嗪，在微量氧的作用下，再與三氟乙酸（TFA）、烷基溴化物或鄰苯二甲酰氯反應，生成了具有新穎的1,1,2,6-或1,1,4,6-加成模式的吡唑啉稠合開環(huán)[60]富勒烯衍生物。該反應同時發(fā)生了縮環(huán)反應和擴環(huán)反應，這在電化學上是首次被發(fā)現(xiàn)。相關成果在線發(fā)表于Angew. Chem. Int.Ed.2023, e202304321（DOI: 10.1002/anie.202304321）。
擴環(huán)和縮環(huán)反應可以擴大和縮小現(xiàn)有環(huán)的大小。例如，在Baeyer-Villiger氧化、Beckmann重排、Tiffeneau-Demjanov反應和Dowd-Beckwith反應中發(fā)生擴環(huán)反應，而在Wolff、Wagner-Meerwein、Favorskii、Perkin和pinacol重排中發(fā)生縮環(huán)反應。這些反應可以有效地構建各種用單一的環(huán)化反應不可能或難以合成的環(huán)狀化合物。但是目前同時發(fā)生電化學縮環(huán)和擴環(huán)反應仍未被發(fā)現(xiàn)。
王官武教授團隊發(fā)展了一種在微量氧存在下，電化學引發(fā)的C60稠合四氫噠嗪與親電試劑的聯(lián)立縮擴環(huán)反應，生成了具有新穎的1,1,2,6-或1,1,4,6-加成模式的吡唑啉稠合開環(huán)[60]富勒烯衍生物。本項研究首次通過電合成實現(xiàn)聯(lián)立縮擴環(huán)反應。合成的具有代表性C60衍生物還被用作有機太陽能電池（OSCs）活性層的第三組分，得到具有比二元器件更高的光電轉化效率（PCE）。
王官武教授團隊將合成的代表性C60衍生物2a、2g、3a和3a'應用到具有ITO/PEDOT:PSS/D18-Cl:N3:fullerene（1:1.2:0.2）/PDIN/Ag結構的有機太陽能電池（OSCs）中。基于D18-Cl:N3: C60衍生物的OSC的最高PCE為18.67%，顯著高于不含C60衍生物的對照器件（17.89%）。這些結果表明，C60衍生物2a、2g、3a和3a'是具有作為OSCs活性層的第三組分受體材料的潛在應用價值。
通過本項研究實現(xiàn)聯(lián)立縮擴環(huán)反應，選擇性地生成1,1,2,6-或1,1,4,6-加成模式的吡唑啉稠合開環(huán)[60]富勒烯衍生物，合成的具有代表性C60衍生物還被用作有機太陽能電池（OSCs）活性層的第三組分，得到具有比二元器件更高的光電轉化效率（PCE），從而進一步拓展了富勒烯在有機太陽能電池（OSCs）的應用前景。
