C70光硅烷化衍生物的结构解析与电子特性表征：首例1,3-二硅杂环戊烷富勒烯衍生物的发现及其给电子效应研究

本研究通过光反应将C70与甲硅烷基二硅杂环丙烷（1a）结合，首次获得1,2-加成产物（3a）并解析其晶体结构，填补了1,3-二硅杂环戊烷（1,3-disilolane）富勒烯衍生物的结构空白。电化学与理论计算揭示了硅基团的电子给体效应，为富勒烯功能化材料设计提供新思路。

　　

富勒烯化学一直是材料科学的前沿领域，但如何精准调控其电子结构仍是难题。传统修饰方法难以在保持富勒烯骨架完整的同时引入特定功能基团，尤其是含硅基团的立体选择性加成机制尚不明确。这限制了富勒烯在有机电子器件中的应用。

为解决这一问题，研究人员通过C₇₀与甲硅烷基二硅杂环丙烷（mesityl-substituted disilirane, 1a）的光化学反应，成功制备出两种新型加成产物：已知的1,4-加成产物（2a）和首次报道的1,2-加成产物（3a）。单晶X射线衍射分析明确揭示了3a的独特结构——在C₇₀的[a,b]键位点形成1,3-二硅杂环戊烷（1,3-disilolane）结构，这是富勒烯化学中该类型衍生物的首个晶体学证据。

研究采用三项关键技术：1）光化学合成（photoreaction）构建C-Si键；2）单晶X射线衍射（SC-XRD）解析分子结构；3）循环伏安法（CV）与密度泛函理论（DFT）计算表征电子性质。

【结构解析】
晶体学数据显示：2a为经典的[d,d']位点1,4-加成结构，而3a在[a,b]键形成五元硅杂环。后者中Si-Si键长（2.329 ?）显著短于自由二硅杂环丙烷，表明富勒烯骨架的张力调控作用。

【电子特性】
电化学测试显示：3a的还原电位比C₇₀正移0.12V，证实硅基团的给电子效应（σ-donation）。DFT计算进一步揭示HOMO轨道定域于硅杂环，LUMO仍集中于富勒烯球体，这种电子分离特性有利于电荷传输材料设计。

结论部分强调：该工作不仅拓展了富勒烯硅烷化反应的化学空间，更重要的是通过晶体学-电化学-理论计算的多维表征，建立了"结构-电子效应"的构效关系。1,3-二硅杂环戊烷结构的发现为开发新型富勒烯基电子给体材料提供了模板，论文发表于《European Journal of Organic Chemistry》彰显其合成化学与材料科学的交叉价值。