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以C60和C70为代表的富勒烯分子具有独特的π电子共轭体系和三维结构，使其比苯等平面芳香化合物具有更加丰富的化学反应特性。随着近年来富勒烯化学的发展，人们已经发现许多具有特殊结构的富勒烯衍生物在生物、医药、材料等领域具有优异的特性，并表现出极大的潜在应用价值。富勒烯表面的官能化是富勒烯化学中的重要部分，富勒烯的强缺电子性使其容易发生亲核反应、环加成反应、自由基反应等化学反应。为了进一步丰富和探索富勒烯及其衍生物的反应特性，本论文重点研究了富勒烯二负离子与氧气的反应机理、中性富勒烯与原位生成的含氮亲核试剂合成富勒烯咪唑啉衍生物、研究其负离子的亲核加成反应规律、反应机理，主要研究内容如下: 1.C60二负离子在氧气存在下与苯腈和苯乙腈的反应。在合成噁唑环和三元环C60衍生物的过程中发现其反应机理是氧气(O2)通过单电子转移(SET)过程从C602-得到一个电子生成O2·-。随后的苄基化实验说明:C60二负离子的两个负电荷在其氧化和与苯腈反应合成富勒烯噁唑啉衍生物过程中都被保留;而与苯乙腈反应过程的去氢反应中有电荷失去。本实验证明了噁唑啉环C60衍生物中氧原子来源于空气中的氧气。 2.在碱性条件下，将芳香腈类化合物与缺电子的富勒烯（C60和C70）反应合成富勒烯咪唑啉衍生物。但是在类似的条件下苯腈并不能与同是缺电子烯烃的四腈基乙烯(TCNE)发生类似的反应。经过现场可见/近红外光谱的研究，我们发现:RC60-与中性的C60发生单电子转移(SET)过程是合成咪唑啉化合物的关键步骤。RTCNE-却更容易与另一分子的TCNE发生进一步寡聚反应。 3.电解还原C60咪唑啉衍生物，利用其与苄基溴的加成反应，区域选择性的制备出1，2，3，4-和1，2，3，16-构型的C60衍生物。此反应体现出在C60咪唑啉衍生物苄基化过程中加成位点由空间位阻和电荷共同决定。1，2，3，4-和1，2，3，16-构型衍生物在中性和二负离子时的稳定性不一致，即:在中性时，1，2，3，16-构型衍生物较为稳定;在二负离子时，1，2，3，4-构型衍生物较为稳定。理论计算结果表明，这种稳定性的差异是由加成位置对电子云分布的影响比空间位阻大引起的。 4.在类似反应条件下，还原苄基化C70与C60咪唑啉衍生物反应得到产物明显不同。还原苄基化C70时，不仅得到了由于位阻因素导致的1，2，3，16-C70衍生物，而且有大量的双苄基化和单苄基化的1，2，3，4-C70衍生物的生成，这说明C70与C60反应活性明显不同。由于C70和C60的电子结构不同，与C60类似物相比，1，2，3，16-C70衍生物的电化学稳定性非常好。 5.利用亲核加成和自由基耦合反应一锅法高选择性合成首例具有不同官能团的“2点钟”C70双加成衍生物(6-2)。C70两极的最大曲度和理论化学计算证明的中间体6-1·-在其“2点钟”位置有最大自旋密度，也是实际反应中自由基耦合的反应位点可以解释此反应的高选择性。若C60使用代替C70反应，则产物为复杂的混合物。化合物6-2的电化学还原过程可能涉及到开环过程，所以其电化学行为比较复杂。