Химия фуллерена

В настоящее  время, несмотря на ряд замечательных  открытий в этой области

химии и общее прояснение картины реакционной  способности фуллеренов,

ощущается недостаток глубоких и полных исследований, как практического

характера, так и теоретических.

Интересным  направлением обещает оказаться  химия гетерофуллеренов, молекулы которых содержат атомы бора, серы, азота и других элементов вместо одного или нескольких углеродных атомов.

Исключительны перспективы получения эндоэдральных  соединений: внутри молекул фуллеренов достаточно места, чтобы разместить там атом, ион или небольшую молекулу. Поэтому столь большое внимание привлекают реакции, в ходе которых сфера раскрывается, например, реакции гиперфторирования.

В будущем  совершенно неожиданными могут оказаться открытия, связанные с высшими фуллеренами (C_n>84), так как в настоящее время эти вещества

практически недоступны в заметных количествах. Если вспомнить, что для

фуллерена-60 число изомеров вида C₆₀XY исчисляется десятками, для

высших  фуллеренов их будет значительно больше.

В заключение перечислим некоторые возможные  области применения фуллеренов и их производных в ближайшем будущем:

·        электронные и оптические устройства, основанные на применении

фуллеренов  или полимерных материалов на их основе,

·        фотоматериалы и материалы для  преобразования электрической энергии  в световую,

·        катализаторы,

·        лекарственные средства

Некоторые области применения пока остаются гипотетическими, ввиду

недостаточности современного уровня знаний:

·        получение алмазов (в том числе  тонких пленок),

·        источники тока,

·        молекулярные сита и устройства для  аккумулирования газов,

·        материалы для нелинейной оптики (лазеры),

·        преобразователи солнечной энергии,

·        сверхпроводники.

Не стоит  сомневаться в том, что будущее  химии фуллеренов окажется значительно

интереснее  любых прогнозов о нем. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ                                                                                                                                                                       В молекулах фуллеренов атомы углерода расположены в вершинах правильных шести- и пятиугольников, из которых составлена поверхность сферы или эллипсоида. Самый симметричный и наиболее полно изученный представитель семейства фуллеренов —фуллерен (C₆₀), в котором углеродные атомы образуют усеченный икосаэдр, состоящий из 20 шестиугольников и 12 пятиугольников и напоминающий футбольный мяч. Так как каждый атом углерода фуллерена С₆₀ принадлежит одновременно двум шести- и одному пятиугольнику, то все атомы в С₆₀ эквивалентны, что подтверждается спектром ядерного магнитного резонанса (ЯМР) изотопа ¹³С — он содержит всего одну линию. Однако не все связи С-С имеют одинаковую длину. Связь С=С, являющаяся общей стороной для двух шестиугольников, составляет 1.39 Å, а связь С-С, общая для шести- и пятиугольника, длиннее и равна 1.44 Å . Кроме того, связь первого типа двойная, а второго — одинарная, что существенно для химии фуллерена С₆₀.                                                                                                 Новая модификация углерода – фуллерен – отличается прежде всего тем, что это индивидуальные конечные молекулы, имеющие замкнутую форму. Фуллерен в отличие от известных ранее трех форм углерода растворим в органических растворителях (бензол, гексан, сероуглерод). Из растворов фуллерен кристаллизуется в виде мелких темно-коричневых кристаллов.                                                                                                                  Фуллерен – исключительно устойчивое соединение. В кристаллическом виде он не реагирует с кислородом воздуха, устойчив к действию кислот и щелочей, не плавится до температуры 360°С

Его химические свойства находятся в полном согласии с упомянутыми выше структурными особенностями – фуллерен не вступает в реакции, характерные для ароматических соединений; его химия совсем иная. Прежде всего невозможны реакции замещения, так как у атомов углерода нет никаких боковых заместителей. Обилие изолированных кратных связей позволяет считать фуллерен полиолефиновой системой. Для него наиболее типично присоединение по кратной связи.                                                                          Фуллерен является ярко выраженным акцептором электронов и при действии сильных восстановителей (щелочные металлы) может принимать до шести электронов, образуя анион С₆₀^6–. Кроме того, он легко присоединяет нуклеофилы и свободные радикалы. Химические свойства фуллерена показаны на следующем рисунке. Фуллерен гидрируется до С₆₀НС₃₆, галогенируется подобно олефинам. Продукты галогенирования легко вступают в реакции нуклеофильного замещения. При окислении кислородом (при УФ-облучении) образуется оксид фуллерена. В связи с этим растворы фуллерена в органических растворителях рекомендуется хранить и работать с ними в инертной атмосфере. Фуллерен арилируется в присутствии AlCl₃. Рассмотренное выше присоединение оксида осмия является, по существу, окислением, которое проходит по раскрывающейся двойной связи.  Так же с раскрытием двойных связей фуллерена присоединяются амины, аминокислоты и цианиды. Фуллерен, содержащий несколько аминогрупп, водорастворим.

Литература

• Елецкий А. В., Смирнов Б. М. Фуллерены и структуры углерода. — Успехи физических наук, 1995, № 9,с. 600.
• Борщевский А. Я., Иоффе И. Н., Сидоров Л. Н., Троянов С. И., Юровская М. А. Фуллерены — Нанометр, июнь 2007 , с.355.
• Сидоров Л. Н., Иоффе И. Н. // СОЖ, 2001, No 8, с. 30-36.
• Керн Ф., Сандберг Р. Углубленный курс органической химии: Пер. с англ. В двух книгах /Под редакцией В. М, Потапова. Книга первая. Структура и механизмы.— М.: Химия, 1981, с.221.
• Агрономов А. Е. Избранные главы органической химии: Учеб. пособие для вузов. —2-е изд., перераб. и доп. — М.: Химия, 1990, с. 363.
• Марч Дж. Органическая химия. Реакции, механизмы и структуры. М.: Мир, 1987, с. 511.
• Шабаров Ю. С. Органическая химия. М.: Химия, 1996, ч. 1-2, с. 344.
• Несмеянов А.Н., Несмеянов А.Н. Начала органической химии. М.: Мир, 1974. Т.1,2, с. 325.