[发明专利]一种分离金属富勒烯M@C82

说明书

本发明提供了一种使用特定的路易斯酸实现高效、快速、强选择性地分离纯度极高的一种分离金属富勒烯M@C₈₂及其异构体的方法，该方法不仅能够简单快速的实现金属富勒烯与空心富勒烯的分离，同时通过严格控制化学反应动力学，还可以进一步分离得到高纯金属富勒烯异构体。该方法操作简单、成本低廉、可行性强，适应于大规模生产金属富勒烯。

技术领域

本发明涉及化学领域，进一步涉及一种分离金属富勒烯M@C₈₂及其异构体的方法。

背景技术

金属富勒烯是指将金属离子或含金属的离子簇内嵌在富勒烯碳笼内的一类特殊分子。金属富勒烯既具有富勒烯碳笼的物理化学特性，又能表现出内嵌的金属或团簇优异的光、电、磁特性，在能源器件和生物医药领域有着重大的潜在应用价值。

1992年，Gillan等人发现大多数镧系金属可以以M@C₈₂(M＝Ce,Pr,Nd,Sm,Eu,Gd,Tb, Dy,Ho,Er,Yb,Lu)的形式内嵌到富勒烯碳笼当中。金属富勒烯，如Gd@C₈₂，在MRI造影剂和抗肿瘤药物领域具有重要的潜在应用价值。随着在生物医药领域应用的不断开发，金属富勒烯的市场需求大幅度攀升，尽快提高其产量成为了亟待解决的关键技术问题。但是，金属富勒烯的合成产率低，溶解性差，分离纯化困难。随着对电弧放电法的不断改进，已经大幅度提高了其产率，但是传统的高效液相色谱分离M@C₈₂存在耗时长、效率低、成本高等缺陷，已经成为制约其产量的关键技术瓶颈。为了解决上述问题，Kazuhiko Akiyama等(J.Am.Chem. Soc.2012,134,9762-9767)利用TiCl₄、SnCl₄等路易斯酸能够可逆地并优先与低氧化电位的 La@C₈₂,Ce@C₈₂,Gd@C₈₂等金属富勒烯反应生成络合沉淀，从而实现金属富勒烯与空心富勒烯的分离。然而，发明人在实际生产中发现，TiCl₄、SnCl₄等均易潮解，且需要在惰性气体保护下操作，反应条件十分苛刻，不适于工业生产。此外，TiCl₄、SnCl₄等对富勒烯的选择性不强，无法分离得到高纯的富勒烯。

本发明通过大量的实验验证，实现了一种高效、快速、强选择性地分离纯度极高的金属富勒烯分离纯化方法，该方法不仅能够简单快速的实现金属富勒烯与空心富勒烯的分离，同时在此基础上通过严格控制化学反应动力学，还可以进一步分离提取高纯金属富勒烯异构体。本发明的方法操作简单、成本低廉、可行性强、易于放大，适应于大规模的分离纯化金属富勒烯M@C₈₂及其异构体。

发明内容

本发明的目的在于提供一种工艺路线简单、可操作性强、成本低廉、高效、快速、强选择性分离纯度极高的金属富勒烯分离纯化方法。此外，由于传统电弧放电法制备的M@C₈₂通常含有两个化学性质相对稳定的异构体：M@C_2v-C₈₂和M@C_s-C₈₂，本发明还提供了一种通过严格控制化学反应动力学实现特定异构体高度分离的方法。

本发明的第一方面涉及一种分离金属富勒烯M@C₈₂的方法，其包括如下步骤：

a)路易斯酸络合沉淀金属富勒烯M@C₈₂

向含金属富勒烯的有机溶剂提取液中加入路易斯酸反应、过滤，收集生成的沉淀及滤液，其中所述沉淀为金属富勒烯和路易斯酸的络合物，所述滤液含有空心富勒烯；

b)金属富勒烯M@C₈₂的提取

用水或碱性溶液洗涤所述沉淀除去残留的路易斯酸，再加入有机溶剂充分溶解、过滤，所得滤液即为纯化后的金属富勒烯有机溶剂提取液。