Химия фулеренів

Химия фуллеренов

Гилемханов Д.

Структура вуглецю. Хімія фулеренів. засадничі поняття, застосування. нові технологіії хімії фуллеренов По своїй структурі фуллерени можна розглядати як тривимірні аналоги ароматичних сполук, що дозволяє очікувати виникнення у майбутньому нового напрями у органічної хімії.

Как зазначалось, фуллерени вирізняються високою хімічної інертністю по відношення до процесу мономолекулярного розпаду. Так, молекула С60 зберігає свою термічну стабільність до 1700К, а константа швидкості мономолекулярного розпаду в температурному діапазоні 1720−1970К вимірюється в межах 10−300 сек-1, що він відповідає значенням енергії активації розпаду 4.0± 0.3 еВ. Однак у присутності кисню, окислювання цієї форми вуглецю до ЗІ і СО2 спостерігається вже за часів більш низьких температурах — порядку 500К. Процес, триває кілька годин призводить до утворення аморфною структури, у якій однією молекулу С60 доводиться дванадцять атомів кисню, у своїй молекула фулерену практично цілком втрачає свою форму. Подальше підвищення до 700К призводить до інтенсивному освіті ЗІ і СО2 і призводить остаточне руйнації упорядкованим структури фулеренів. Відповідно до експериментальних даних, енергія приєднання атома кисню до молекули С60 становить приблизно 90 Ккал моль-1, що вдвічі перевищують відповідне значення для графіту.

При кімнатної температурі окислювання С60 відбувається за умови опромінення фотонами з енергією буде в діапазоні 0.5−1200 еВ, що необхідністю освіти іонів О2-, які мають підвищену реакционноспособностью.

Поскольку молекули фулеренів мають спорідненістю до електрону, в хімічних процесах вони можуть почуватися як слабкі окислювачі. Дане властивість фулеренів виявилося вже у одному із перших експериментів з їхньої хімічному перетворенню, де було здійснено гидрогенизация С60. Продуктом цієї реакції стала молекула С60Н36. Такий результат представляється досить дивовижним, оскільки молекула С60 має 30 подвійними зв’язками, кожна з яких міг би приєднувати два атома водню. Очевидно що з подвійних зв’язків в структурі фулерену залишаються нереакционоспособными. Передбачається, що двома зв’язками, присоединившими водень, маємо одну не прореагировавшая.

Следует відзначити, що проблему гідрогенізації фулерену має принципове значення, оскільки це пов’язано з перспективою використання фулеренів як ефективного сховища молекулярного водню і шляхом створення акумуляторних батарей цій основі.

Особо треба сказати здатність холодних фулеренів поглинати 17 атомів водню однією молекулу С60 при обробці воднем під тиском порядку 70 атм. Це відкриває у майбутньому на перехід на абсолютно екологічно чисте і саме энергонасыщенное пальне — водень.

Другой перспективної проблемою хімії фулеренів є синтез водо-растворимых сполук фулеренів. Вирішення проблеми дозволить створити новий колектив біологічно активних речовин для фармокологии. Так було в час вже отримано з'єднання з велику кількість (порядку 26) гідроксильних груп. По суті ця молекула є многоатомным фуллереновым спиртом. Синтез цього сполуки був виконаний водному розчині NaOH з допомогою тетрабутиламмония як каталізатор.

Другим найперспективнішим напрямом є синтез фторсодержащих сполук фулеренів, які можуть стати перспективної твердої змазкою, які мають мати високими характеристиками при як завгодно низьких температурах.

Однако нині це запитання не підтвердився. І так було синтезовано з'єднання C60F60, проте вони виявилося нестабільним, і до того є ж ще і легко які укладають реакцію із жовтою водою із заснуванням HF. Ця реакція супроводжується руйнацією структури фуллеренового остова.

Менее фторированые сполуки типу C60F36 і C60F44 виявилися більш стабільними і з попередніми даними їхні вже можна використовувати як твердої мастила.

В результаті хлорування утворюється з'єднання, що містить або 12, або 24 атома хлору. Привабливою особливістю хлорвмісних фулеренів є те, що атоми хлору можуть заміщатися інші органічні заступники, що має розширити клас фулерен містять сполук. Втім, ця особливість, але у значно нижчою ступеня виявляється для фторсодержащих фулеренів. Нагрівання хлорвмісних фулеренів призводить до відновленню вихідної молекули С60. Поєднання, образующееся при реакції С60 з бромом містить до 28 атомів цього елемента.

Уже перші роботи з синтезу органічних сполук з участю фулеренів показали їх надзвичайно широке розмаїтість. Серед таких «фуллероидов» можна назвати продукти приєднання радикалів водню, фосфору, галогенів, металів та його оксидів, одинарних і подвійних бензольных кілець та його похідних. Слід зазначити отримання низки дивних сполук типу C60(OsO4)(C5H5N)2. Подальші роботи лише підтвердили припущення багатих перспективи розвитку металлоорганической хімії фулеренів.

Список литературы

Для підготовки даної роботи було використані матеріали із сайту internet.