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Síntesis y caracterización de monoaductos de C60 y C70 con acetilacetona y estudio de sus propiedades fotoquímicas para su posible aplicación en células solares
Reportamos la síntesis de monoadductos de C60C{60} y C70C{70} a temperatura ambiente a través de la reacción de Bingel, empleando acetilacetona como ligando, en presencia de DBU (1,8-diazabiciclo [5.4.0] undec-7-eno), tetrabromuro de carbono(CBr4CBr_4) y o-diclorobenceno. Se obtuvieron monoadductos de diacetilmetano-[C60C{60}-IhI_h]-fullereno-[5,6] y diacetil metano-[C70C{70}-D5hD{5h}]-fullereno-[5,6] con rendimientos del 69% y 44%,respectivamente. Los productos se purificaron por cromatografía en columna (CC, usando silicagel, hexano, disulfuro de carbono y cloroformo como fase móvil, a temperatura ambiente) y se caracterizaron por resonancia magnética nuclear (1H^{1}H y 13C^{13}C), infrarrojo con transformada de Fourier (FT-IR), espectroscopia UV-Visible,espectrometría de masas, desorción/ionización láser asistida por matriz - tiempo de vuelo(MALDI-TOF), voltametría cíclica (CV) y voltametría de onda cuadrada de Osteryoung(OSWV). Ambos compuestos mostraron picos de reducción irreversibles controlados por difusión, con niveles de energía LUMO de -3,09eV y -3,13 eV para los monoadductos C60C{60} y C70C{70},respectivamente. Estos valores son comparables con el -3,99 eV de PC61BM. Los aductos sintetizados se incorporaron a las células solares de perovskita de tipo inversa y se usaron como materiales de transporte de electrones (ETM)obteniendo eficiencias de conversión de energía (PCE) de 8,5% y 14,0% para los monoaductos C60C{60} y C70C{70}, respectivamente. Cuando el C60 se reemplaza por un fullereno menos simétrico como el C70C{70}, se observa una absorción de luz mejorada en la región visible.
INTRODUCCIÓN
Los fullerenos son una familia de moléculas que poseen una estructura de jaula cerrada altamente simétrica, formada exclusivamente por átomos de carbono. A diferencia de otras formas alotrópicas del carbono, como el diamante y el grafito, cuyas estructuras se extienden indefinidamente, los fullerenos tienen un peso molecular exacto y se comportan como una molécula.
Estas características permiten solubilizar los fullerenos en disolventes orgánicos y, por tanto, modificarlos químicamente, obteniendo numerosos derivados que, en general, conservan las excepcionales propiedades fisicoquímicas de sus precursores [1-3].
Los fullerenos se comportan como poliolefinas deficientes en electrones, por lo que comparten la reactividad típica de este tipo de moléculas. Se han desarrollado varias estrategias sintéticas para funcionalizar esta clase de compuestos, incluyendo la cicloadición de Diels-Alder [4], la ciclopropanación de Bingel-Hirsh [5] y la cicloadición 1,3-dipolar de ylides de azometileno mediante la reacción de Prato [6], [7]. Entre todas las metodologías anteriormente mencionadas, la reacción de Bingel ha sido sin duda una de las aproximaciones más empleadas para obtener diversos derivados de fullerenos.
Autores: Duarte-Ruiz, A.; Iuele, H.; Torres-Cortés, S. A.; Meléndez, A.; Velásquez, J. D.; Chaur, M. N.
Idioma: Inglés
Editor: Universidad Nacional de Colombia
Año: 2021
Disponible con Suscripción Virtualpro
Artículos
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Licencia
CC BY – Atribución
Consultas: 6
Citaciones: Sin citaciones
Este documento es un artículo elaborado por A. Duarte-Ruiz, H. Iuele, S. A. Torres-Cortés, A. Meléndez (Universidad Nacional de Colombia. Colombia), J. D. Velásquez y M. N. Chaur (Universidad del Valle. Santiago de Cali, Colombia) para la Revista Colombiana de Química Vol 50, Núm 1. Publicación de Universidad Nacional de Colombia. Contacto: dirsinab@unal.edu.co
Reportamos la síntesis de monoadductos de C60C{60} y C70C{70} a temperatura ambiente a través de la reacción de Bingel, empleando acetilacetona como ligando, en presencia de DBU (1,8-diazabiciclo [5.4.0] undec-7-eno), tetrabromuro de carbono(CBr4CBr_4) y o-diclorobenceno. Se obtuvieron monoadductos de diacetilmetano-[C60C{60}-IhI_h]-fullereno-[5,6] y diacetil metano-[C70C{70}-D5hD{5h}]-fullereno-[5,6] con rendimientos del 69% y 44%,respectivamente. Los productos se purificaron por cromatografía en columna (CC, usando silicagel, hexano, disulfuro de carbono y cloroformo como fase móvil, a temperatura ambiente) y se caracterizaron por resonancia magnética nuclear (1H^{1}H y 13C^{13}C), infrarrojo con transformada de Fourier (FT-IR), espectroscopia UV-Visible,espectrometría de masas, desorción/ionización láser asistida por matriz - tiempo de vuelo(MALDI-TOF), voltametría cíclica (CV) y voltametría de onda cuadrada de Osteryoung(OSWV). Ambos compuestos mostraron picos de reducción irreversibles controlados por difusión, con niveles de energía LUMO de -3,09eV y -3,13 eV para los monoadductos C60C{60} y C70C{70},respectivamente. Estos valores son comparables con el -3,99 eV de PC61BM. Los aductos sintetizados se incorporaron a las células solares de perovskita de tipo inversa y se usaron como materiales de transporte de electrones (ETM)obteniendo eficiencias de conversión de energía (PCE) de 8,5% y 14,0% para los monoaductos C60C{60} y C70C{70}, respectivamente. Cuando el C60 se reemplaza por un fullereno menos simétrico como el C70C{70}, se observa una absorción de luz mejorada en la región visible.
INTRODUCCIÓN
Los fullerenos son una familia de moléculas que poseen una estructura de jaula cerrada altamente simétrica, formada exclusivamente por átomos de carbono. A diferencia de otras formas alotrópicas del carbono, como el diamante y el grafito, cuyas estructuras se extienden indefinidamente, los fullerenos tienen un peso molecular exacto y se comportan como una molécula.
Estas características permiten solubilizar los fullerenos en disolventes orgánicos y, por tanto, modificarlos químicamente, obteniendo numerosos derivados que, en general, conservan las excepcionales propiedades fisicoquímicas de sus precursores [1-3].
Los fullerenos se comportan como poliolefinas deficientes en electrones, por lo que comparten la reactividad típica de este tipo de moléculas. Se han desarrollado varias estrategias sintéticas para funcionalizar esta clase de compuestos, incluyendo la cicloadición de Diels-Alder [4], la ciclopropanación de Bingel-Hirsh [5] y la cicloadición 1,3-dipolar de ylides de azometileno mediante la reacción de Prato [6], [7]. Entre todas las metodologías anteriormente mencionadas, la reacción de Bingel ha sido sin duda una de las aproximaciones más empleadas para obtener diversos derivados de fullerenos.
Descripción
Reportamos la síntesis de monoadductos de C60C{60} y C70C{70} a temperatura ambiente a través de la reacción de Bingel, empleando acetilacetona como ligando, en presencia de DBU (1,8-diazabiciclo [5.4.0] undec-7-eno), tetrabromuro de carbono(CBr4CBr_4) y o-diclorobenceno. Se obtuvieron monoadductos de diacetilmetano-[C60C{60}-IhI_h]-fullereno-[5,6] y diacetil metano-[C70C{70}-D5hD{5h}]-fullereno-[5,6] con rendimientos del 69% y 44%,respectivamente. Los productos se purificaron por cromatografía en columna (CC, usando silicagel, hexano, disulfuro de carbono y cloroformo como fase móvil, a temperatura ambiente) y se caracterizaron por resonancia magnética nuclear (1H^{1}H y 13C^{13}C), infrarrojo con transformada de Fourier (FT-IR), espectroscopia UV-Visible,espectrometría de masas, desorción/ionización láser asistida por matriz - tiempo de vuelo(MALDI-TOF), voltametría cíclica (CV) y voltametría de onda cuadrada de Osteryoung(OSWV). Ambos compuestos mostraron picos de reducción irreversibles controlados por difusión, con niveles de energía LUMO de -3,09eV y -3,13 eV para los monoadductos C60C{60} y C70C{70},respectivamente. Estos valores son comparables con el -3,99 eV de PC61BM. Los aductos sintetizados se incorporaron a las células solares de perovskita de tipo inversa y se usaron como materiales de transporte de electrones (ETM)obteniendo eficiencias de conversión de energía (PCE) de 8,5% y 14,0% para los monoaductos C60C{60} y C70C{70}, respectivamente. Cuando el C60 se reemplaza por un fullereno menos simétrico como el C70C{70}, se observa una absorción de luz mejorada en la región visible.
INTRODUCCIÓN
Los fullerenos son una familia de moléculas que poseen una estructura de jaula cerrada altamente simétrica, formada exclusivamente por átomos de carbono. A diferencia de otras formas alotrópicas del carbono, como el diamante y el grafito, cuyas estructuras se extienden indefinidamente, los fullerenos tienen un peso molecular exacto y se comportan como una molécula.
Estas características permiten solubilizar los fullerenos en disolventes orgánicos y, por tanto, modificarlos químicamente, obteniendo numerosos derivados que, en general, conservan las excepcionales propiedades fisicoquímicas de sus precursores [1-3].
Los fullerenos se comportan como poliolefinas deficientes en electrones, por lo que comparten la reactividad típica de este tipo de moléculas. Se han desarrollado varias estrategias sintéticas para funcionalizar esta clase de compuestos, incluyendo la cicloadición de Diels-Alder [4], la ciclopropanación de Bingel-Hirsh [5] y la cicloadición 1,3-dipolar de ylides de azometileno mediante la reacción de Prato [6], [7]. Entre todas las metodologías anteriormente mencionadas, la reacción de Bingel ha sido sin duda una de las aproximaciones más empleadas para obtener diversos derivados de fullerenos.