ФУЛЛЕРЕНЫ

ФУЛЛЕРЕНЫ, аллотропная модификация углерода общей формулы С_n. Обнаружены в шунгите (1•10^{‑ 3}%). Полые молекулы с чётным числом трёхкоординир. атомов в виде замк­нутых многогранников (сфероиды) из 5‑ (пентагоны) и 6‑ (гексагоны) членных колец.

Стабильность зависит от строения. Ф. С₆₀ (20 гексагонов и 12 пентагонов) имеет форму усечён­ного икосаэдра, сохраняет стабильность в атмосфере аргона до 1700 К. Содержит 2 типа связей С—С: более короткие двойные связи — общая сторона двух гексагонов (С_6—6), более длинные (С_6­—5) — гексагона и пентагона. Кристаллы чёрного, р‑р в бензоле малинового цвета; по пластичности близок к графиту. Диам. молекулы ок. 1 нм. Окисляется кислородом при 500 К; фотонами с энергией 0,55 эВ при комнатной т‑ре. Кристаллич. Ф. (фуллерит) имеет гранецентрир. кубич. решётку, плотн. 1700 кг/м³.

Внутр. полости Ф. достаточны для захвата атомов инертных газов, металлов, малых молекул с образованием “эндоэдральных комплексов”. Структура Ф. допускает только р‑ции присоед.: с радикалами, содержащими металлы платиновой группы, образует ферромагн. материалы; с щелочными металлами — фуллериды типа K₃C₆₀. Получены продукты присоед. с галогенами, фосфором и др.; гидрирования Ф. C₆₀—C₆₀H₃₆ и C₆₀H₆₀ (т.н. фаззибол). Кристаллич. Ф., плёнки полифуллерена — полупроводники; фуллериды калия при 18 К, рубидия и цезия при 43 К — сверхпроводники. Получают термич. разложением, электродуговым испарением, лазерным облучением графита; выделенный чёрный поликристаллич. порошок — в осн. смесь C₆₀ (80—90% по массе), C₇₀ (10—15%). Ф. можно использовать для создания фотоприёмников, оптоэлектронных и запоминающих устройств, оптич. затворов, алмазных и алмазоподобных плёнок, красителей для копиров. машин, аккумуляторов, присадок для ракетных топлив, на основе водорастворимых эндоэдральных соед. противовирусных, противораковых препаратов и др.

В Башкортостане иссл. в области химии Ф. начаты в сер. 90‑х гг. 20 в. в ИНК. Разработаны методы функционализации Ф. C₆₀ циклоприсоединением к нему ациклич. аминов, диазосоед., эфиров, тиоэфиров, сульфонов, альдиминов и кетиминов, оксимов, фосфинов и фосфитов под действием палладий‑, ниодим‑, титан‑, цирконий‑, гафнийсодержащих катализаторов. Впервые осуществлено каталитич. карбо‑, циклометаллирование C₆₀ с помощью алкильных производных алюминия, магния (У.М.Джемилев). Обнаружены жидкофазная хемилюминесценция Ф. C₆₀ и C₇₀ и ано­мально эффективное тушение элек­тронно-возбуждённых состояний разл. соед. за счёт индуктивно-резонансной передачи энергии на молекулы C₆₀ и C₇₀ (Р.Г.Булгаков).

В БГУ (Р.З.Бахтизин) сканирующей туннельной микроскопией исследовано взаимодействие Ф. с поверхностями полупроводников и металлов (медь, серебро) и осуществлено прямое наблюдение адсорбционной геометрии фуллерен—поверхность, обнаружены внутримолекулярные структуры и проанализированы с привлечением модели локального распределения заряда. В ИФМК (Р.Ф.Туктаров, Р.В.Хатымов, П.В.Щукин, М.В.Муфтахов, В.Ю.Марков, О.А.Соломещ) методом масс-спектрометрии резонансного захвата электронов установлена способность Ф. к образованию долгоживущих отрицат. ионов присоединением электронов в широком диапазоне (от тепловых до 12 эВ) энергий. В УГНТУ (М.М.Закирничная, И.Р.Кузеев) выявлено образование Ф. при формировании железо-углеродистых сплавов. В ИОХ (С.В.Колесов, Ю.Б.Монаков, Р.Х.Юмагулова) ведутся иссл. процессов радикальной полимеризации с участием Ф. и впервые получен ряд фуллеренсодержащих полимеров на основе аллиловых мономеров.

Лит.: Kadish K.M., Ruoff R. Fulle­renes: Chemistry, Physics and Technology. New York, 2000; Hirsch A., Bret­treich M. Fullerenes: Chemistry and Reactions. Wein­heim, 2004.

Р.И.Хуснутдинов

УГЛЕРОД