富勒烯是继石墨、金刚石之后人类发现的碳的第三种同素异形体,具有独特的结构以及物理/化学性质,已在光、电、磁等方面展示了广阔的应用前景。功能化作为富勒烯化学的重要研究领域,在调控富勒烯的理化性质,开发富勒烯基的新功能材料,促进和拓展富勒烯在不同领域的应用方面发挥着重要作用。自富勒烯发现以来,其功能化研究便受到了广泛和持续的关注,实现了包括富勒烯单加成衍生物、多加成衍生物、开孔富勒烯、氮杂富勒烯以及内嵌富勒烯等在内的一系列富勒烯衍生物的合成。其中,富勒烯碳环化产物在钙钛矿电池和有机太阳能电池领域具有广泛的应用。本文围绕[60]富勒烯的碳环化功能化开展了三部分的研究工作,包括碘催化的富勒烯四氢咔唑类衍生物的合成,钯催化的富勒烯螺环类衍生物的合成以及钯催化的富勒烯苯并咔唑类衍生物的合成。1.碘催化的富勒烯四氢咔唑类衍生物的合成报道了碘催化的C60、酮和吲哚三组分碳环化反应,高效地构建了一系列富勒烯四氢咔唑类化合物。探讨了不同的催化剂、反应底物比例以及反应温度等对反应的影响。在最佳反应条件下,考察了方法的底物普适性和官能团的耐受性。各种酮包括环状脂肪酮、链状脂肪酮和芳香酮,以及多样化的吲哚类化合物在当前反应条件下,均以中等至良好的收率顺利生成相应的产物,而且反应也适用于克级规模的制备,具有较强的实用性。同时,通过一系列控制实验阐明了可能的反应机理。该反应是首例非金属催化的富勒烯多组分碳环化反应。2.钯催化的富勒烯并螺环类衍生物的合成发展了基于过渡金属催化的多米诺Heck/C-H功能化反应构建富勒烯并螺环结构的新策略。通过对不同钯催化剂、配体、碱和助溶剂等一系列条件的筛选,实现了多样化[60]富勒烯并螺[4,5]/[5,5]衍生物的合成。在最优反应条件下,考察了底物适用范围和官能团的兼容性。结果表明,邻碘苯酚、邻碘苯胺、邻碘苄基丙二酸酯以及2-（2-碘苯基）-吲哚的烯化衍生物均可经Heck/C-H活化的串联环化过程,提供系列含氮、含氧及全碳类的多样化[60]富勒烯并螺[4,5]与[5,5]衍生物;氟、氯、溴、甲氧基以及酯基等官能团均是兼容的,反应展现了广泛的底物普适性和良好的官能团耐受性。且该反应还适用于克级规模的制备,证明了反应的实用性,为多种富勒烯螺环化衍生物的合成提供了一种有效的方法。基于实验结果和文献调研提出了可能的反应机理。另外,我们还对富勒烯螺环化合物进行了电化学性质的研究。结果表明,这些富勒烯螺环衍生物具有较好的潜力作为电子活性材料在OPV和PSC领域开展相关的应用研究。3.钯催化的富勒烯苯并咔唑类衍生物的合成报道了钯催化的2-（2-碘苯基）-1H-吲哚类化合物与[60]富勒烯的偶联碳环化反应,通过对不同的催化剂、配体、碱、温度、时间和溶剂等条件的筛选,合成了一系列π型拓展体系的富勒烯苯并咔唑类衍生物。在优化后的反应条件下,考察了该反应的底物适用范围和官能团的兼容性。基于实验结果和文献报道,可能的反应机理被提出。