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研究生： 姜曼婷
Jiang, Man-Ting
論文名稱： 官能化的雙茚二酮衍生物之合成與結構探討
Syntheses and Characterization of Functionalized Biindenedione Derivatives
指導教授： 吳耀庭
Wu, Yao-Ting
學位類別： 碩士
Master
系所名稱： 理學院 - 化學系
Department of Chemistry
論文出版年： 2020
畢業學年度： 108
語文別： 中文
論文頁數： 73
中文關鍵詞： Stone-Wales 缺陷 、雙茚二酮 、奈米碳管 、石墨烯
外文關鍵詞： biindenedione, Stone-Wales defect, carbon nanotubes, graphene
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    • 在受到張力超過臨界值的情況下，奈米碳管及石墨烯會藉由形成 Stone-Wales 缺陷來釋放多餘能量，而 Stone-Wales 缺陷由計算結果得知會對奈米碳管與石墨烯之機械性質、化學反應性及儲氫能力造成影響。因此對 Stone-Wales 缺陷結構的研究能在往後奈米材料的發展上有很大的貢獻。本篇論文利用官能化的雙茚二酮衍生物嘗試合成 Stone-Wales 缺陷結構，並對其進行性質上的分析及探討。
    期望合成奈米碳管及石墨烯中之 Stone-Wales 缺陷片段衍生物 7，經由實驗結果發現利用合成路經一可順利合成化合物 15，但由於 4-叔丁基苯基對烯丙基陽離子的親電取代反應而無法成功得到七員環化合物 13，形成新六員環化合物 27；在合成路徑二，雖然成功合成官能化的雙茚二酮衍生物 34，卻由於改變萘環官能基後產生之立體障礙而難以合環形成化合物 35。結果顯示，萘環上官能基之苯基的 C2 號位置及 C6 號位置需具有取代基以避免苯基進行親電取代反應，形成六員環，然而，具有取代基後所產生之立體障礙該如何克服，進而順利環化反應則是以合成路徑二進一步合成 Stone-Wales 缺陷片段的重要議題。

    Stone-Wales defect has been predicted to affect the chemical reactivity, the ability of absorbing hydrogen, and mechanical properties of carbon nanotubes and graphene. Therefore, we use 3,3'-dihydroxy-1H,1'H-[2,2'-biindene]-1,1'-dione (2) as the starting material for the synthesis of product which has Stone-Wales defect. We successfully obtain 3,3'-bis(2,7-bis(4-(tert-butyl)benzyl)naphthalen-1-yl)-1H,1'H-[2,2'-biindene]-1,1'-diol (15), however, electrophilic aromatic substitution of the 4-tert-butylbenzene to the allylic carbocation to produce 10',10'-di-tert-butyl-2',2'-bis(4-(tert-butyl)benzyl)-2,2'-bispiro-[indene-1,12'-tetraphene] (27). Then, we attempt to synthesize 6,6'-dimesityl-[1,1'-bi(cyclopenta[no]-tetraphene)]-2,2'(6H,6'H)-dione (35) by 3,3'-bis(2-(hydroxy(mesityl)-methyl)naphthalen-1-yl)-1H,1'H-[2,2'-biindene]-1,1'-dione (34), but it’s difficult for cyclization of 34, due to steric effects. For the future work, we will be in the process of researching the proper condition for synthesizing 35.

    目錄 畢業審查證明 I 中文摘要 II 英文摘要 III 謝誌 VIII 圖目錄 XII 表目錄 XIV 壹、前言 1 一、有機材料 1 二、奈米碳管 1 三、石墨烯 2 四、Stone-Wales 缺陷結構 3 1. Stone-Wales 缺陷之影響 5 2. Stone-Wales 缺陷之合成 6 五、研究動機 9 貳、結果與討論 10 一、合成設計 10 1. 合成路徑一 11 1.1路徑一之合成步驟 12 1.2 合成官能化的雙茚二酮衍生物 17 12 1.3合成硼化物 18 13 1.4 合成化合物 16 – 鈴木耦合反應測試 14 1.4.1 測試化合物 17之穩定性 15 1.4.2 嘗試改變合成路徑合成化合物 25 16 1.5 嘗試合成化合物 8a 17 1.5.1 化合物 27 形成之機制推導 18 2. 合成路徑二 20 2.1 路徑二之合成步驟與探討 21 2.2 合成硼化合物 32 22 2.3 合成官能化的雙茚二酮衍生物 33 23 2.4 合成化合物 35 24 二、光物理性質分析 25 化合物 28 25 三、晶體結構分析 27 1. 化合物 28 27 2. 化合物 33 29 參、結論 30 肆、實驗 31 一、試劑名稱與縮寫對照表 31 二、實驗儀器與部分細節 33 三、實驗操作 35 伍、參考文獻 47 陸、附錄 52 一、晶體數據 52 二、NMR 光譜 66 化合物 20 之1H NMR (500 MHz, CDCl3) 66 化合物 20 之 13C NMR (125 MHz, CDCl3) 66 化合物 21 之 1H NMR (400 MHz, CDCl3) 67 化合物 21 之 13C NMR (125 MHz, CDCl3) 67 化合物 22 之 1H NMR (500 MHz, CDCl3) 68 化合物 22 之 13C NMR (125 MHz, CDCl3) 68 化合物23 之 1H NMR (500 MHz, CDCl3) 69 化合物 23 之 13C NMR (125 MHz, CDCl3) 69 化合物 18 之 1H NMR (500 MHz, CDCl3) 70 化合物 18 之 13C NMR (125 MHz, CDCl3) 70 化合物 26 之 1H NMR (500 MHz, CDCl3) 71 化合物 26 之 13C NMR (125 MHz, CDCl3) 71 化合物26 之 COSY (500 MHz, CDCl3) 72 化合物 26 之HSQC (125 MHz, CDCl3) 72 化合物 26 之 HMBC (125 MHz, CDCl3) 73 圖目錄 圖一、奈米碳管 2 圖二、石墨烯 3 圖三、富勒烯 4 圖四、Anthony Stone 及 David J. Wales 所描述之碳-碳雙鍵轉換過程 4 圖五、在奈米碳管及石墨烯中的 Stone-Wales 缺陷片段 4 圖六、由 HRTEM 觀察到之石墨烯的 Stone-Wales 缺陷 5 圖七、Stone-Wales 缺陷片段 1 及二羥基雙茚二酮 (2) 7 圖八、Gabriel 與 Leupold團隊合成二羥基雙茚二酮 (2) 7 圖九、Zelensky團隊合成二羥基雙茚二酮 (2) 7 圖十、Huang 團隊合成二羥基雙茚二酮 (2) 8 圖十一、2019年合成Stone-Wales 缺陷之逆合成分析 8 圖十二、Stone-Wales 缺陷片段之衍生物 7 之逆合成分析 10 圖十三、化合物 8a 之逆合成路徑一分析 11 圖十四、嘗試以路徑一合成化合物 8a 12 圖十五、官能化的雙茚二酮衍生物 17之合成路徑 13 圖十六、硼化合物 18 之合成路徑 14 圖十七、化合物16 之合成路徑 15 圖十八、測試化合物 17 與鹼作用之變化 15 圖十九、嘗試合成化合物 24 16 圖二十、嘗試合成化合物 26 16 圖二十一、嘗試合成化合物 8a 18 圖二十二、推測形成化合物 27 之機制 19 圖二十三、化合物 8b 之逆合成路徑二分析 20 圖二十四、嘗試以路徑二合成化合物 37 21 圖二十五、硼化合物 32 之合成路徑 22 圖二十六、官能化的雙茚二酮衍生物 33 之合成路徑 23 圖二十七、化合物 35 之合成路徑 24 圖二十八、化合物 28 之吸收光譜 25 圖二十九、化合物 28 的晶體結構 27 圖三十、 化合物 28分子間排列 27 圖三十一、化合物 28的結構與環編號 28 圖三十二、化合物 33的晶體結構 29 圖三十三、化合物 33 的固態分子間排列 29 圖三十四、化合物 33 醛基上的氫到萘環平面之距離 30 表目錄 表格一、化合物 28 之吸收光譜 26 表格二、化合物 28 的 HOMA 值 28 表格三、化合物 28 之晶體數據 52 表格四、化合物 28 之鍵長 [Å] 與鍵角 [°] 53 表格五、化合物 33 之晶體數據 61 表格六、化合物 33 之鍵長 [Å] 與鍵角 [°] 62

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    下載圖示 校內：2025-07-20公開
    校外：2025-07-20公開
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