a
b
c
C2v va D3 nuqta guruhi. (b) C2 simmetriyasi bilan C82
fulleren uchun uchta strukturaviy nomzod . (c) C3v- va C2v-C82 izomerlarining tuzilishi . (Rasm
Macmillan Publishers Ltd. ruxsati bilan qayta chop etilgan: Tabiat, Kikuchi va boshq.
(1992a)),
mualliflik huquqi 1992)
11
7-rasm 13C NMR o'lchovlari bilan taklif qilingan fulleren izomerlarining tuzilmalari . (a) C' bilan C78
fullerenning uchta izomeri
Uglerodning asosiy strukturaviy, elektron va kimyoviy xossalari...
2v,
C2 (2)
C2v
C2v
C2 (3)
D3
C2 (1)
C¢2v
C3v
b, c; Sakurai va boshqalar.
2003 yil;
Sastry va Priyakumar
2001;
Sastry va boshqalar.
1993, 2000;
Seiders va boshqalar.
1999;
Sygula va Rabideau
1999;
Vu va Sigel
2006).
Eng kichik korannulen fulleren C60 kashf etilishidan taxminan 20 yil oldin
sintez qilingan (Barth and Lawton
1966).
C60 ning "sumanen" deb nomlangan yana
bir kichik bo'lagi 2003 yilda turli guruhlarning behuda urinishlaridan so'ng
muvaffaqiyatli sintez qilingan (Sakurai va boshq.
2003).
Fullerenni (a) klassik fulleren va (b) klassik bo'lmagan fullerenga bo'lish mumkin.
Birinchisi 12 ta beshburchak va istalgan sonli olti burchakli yopiq uglerod qafasidir,
klassik bo'lmagan fulleren esa yettiburchak, sakkizburchak va qo'shimcha sonli
beshburchak yoki kvadratga ega bo'lishi mumkin. Klassik fullerenlarni klassik
bo'lmagan fullerenlardan, masalan, dimer qo'shilishi bilan C50 dan C60 gacha
etishtirish taklif qilindi (Hernández va boshq.
2001).
Biroq, bu yo'l orqali fulleren hosil
bo'lishining aniq eksperimental dalillari yo'q. Eksperimental dalillar gaz fazasida
uglerod halqalarining to'qnashuvi natijasida fullerenlarning hosil bo'lishi haqida xabar
berilgan (Helden va boshq.
1993).
Hozirgacha turli mexanizmlar taklif qilingan
Machine Translated by Google
Bunday kichikroq fullerenlar asosan ularning molekulyar sirtining yuqori egriligidan kelib
chiqadigan g'ayrioddiy elektron, magnit va mexanik xususiyatlarga ega bo'lishi taxmin
qilinadi (Kadish va Ruoff
2002).
Faqat beshburchak halqalari bo'lgan 20 ta uglerod
atomidan iborat dodekaedr topologik jihatdan mumkin bo'lgan eng kichik fullerendir. The
Shu sababli, fullerenlar oilasi ko'paydi va endi unga C70, C76, C78, C82, C84, C86 ,
C88 , C90, C92, C94 va C96 kiradi (Diederich va boshq.
1991a,
b; Kikuchi va boshq.
1992b;
Kimura va boshqalar
1995;
Miyake va boshqalar
2000;
Mizorogi va Aihara
2003;
Teylor va boshqalar
1992, 1993).
Yopiq uglerodli qafas tuzilmalarining o'lchamiga
bog'liqligini fundamental tushunish ushbu tizimlarni mumkin bo'lgan nanotexnologiya
ilovalari uchun moslashtirish uchun muhimdir. Ikosaedral simmetriyaga ega bo'lgan
kattaroq fullerenlar ham tuzilishi mumkin. Ushbu protsedura ikosahedrning uchlari atrofida
joylashgan 12 ta beshburchak hosil qiladi, qolgan barcha uglerod halqalari esa olti
burchakli. Umuman olganda, Ih simmetriyaga ega bo'lgan ikki xil fullerenlar mavjud ,
ulardan biri n D 60 k2 va ikkinchisi n D 20 k2, bu erda n - uglerod atomlari soni va k - har
qanday musbat raqam (Miyake va boshq.
2000). 8-
rasmda ba'zi gigant fulleren tuzilmalari
tasvirlangan, bunda C180 va C720 ikozahedral fullerenlarning 180 k2 oilasiga mansub ,
ammo qolgan barcha tuzilmalar 60 k2 ikozahedral fullerenlar oilasiga tegishli . O'n yildan
ortiq vaqt davomida bu ulkan fullerenlar nazariyotchilar uchun ajoyib molekulalar bo'lib
kelgan (Calaminici va boshq.
2009;
Dulap va Zope
2006;
Dunlap va boshq.
1991;
Gueorguiev va boshq.
2004;
Lopez-Urias va boshq. Tang va boshqalar .
2003; 1995;
Tang va boshqalar
1993;
Zope va boshqalar
2008).
fullerenlarning hosil bo'lishi uchun. Ularni ikkita asosiy modelga bo'lish mumkin:
beshburchak yo'l (PR) modeli (Klein va Schmalz
1990;
Maruyama va Yamaguch
1998;
Smalley
1992)
va fulleren yo'l (FR) modeli (Heath
1991).
C60 dan kichikroq yopiq uglerod kataklari qo'shni beshburchaklardan iborat.
C60 kashf etilgandan beri olimlar kattaroq fullerenlarga katta qiziqish bildirishdi.
C540
C2160
C720
C60
C960
C180
C1500
C240
Mualliflik huquqi 2008 Amerika jismoniy jamiyati tomonidan)
12
8-rasm Gigant fullerenlarning tuzilmalari (Zope va boshq.
(2008) ruxsati bilan qayta nashr etilgan).
TC Dinadayalane va J. Leszczynski
Machine Translated by Google
2000).
Turli darajadagi nazariy hisob-kitoblar ushbu uchta izomer uchun bir-biriga
o'xshash energiya tartibini bashorat qildi. Biroq, barchasi izomerlarning juda kichik
nisbiy energiyasini aniqladi. MP2 usuli fullerenning eng barqaror bo'lishini bashorat
qildi, undan keyin piyola, keyin esa halqa va bu bashorat mahalliy zichlik yaqinlashuvi
(LDA) yordamida zichlikning funktsional nazariyasi (DFT) hisob-kitoblariga juda o'xshash.
C36 ning yopiq qafasli tuzilishi fulleren fanining juda dastlabki kunlarida ommaviy
spektroskopiya yordamida aniqlangan (Kroto
1987;
Rohlfing va boshq.
1994).
Zettl
guruhi qattiq shaklda C36 ning birinchi tayyorlanishini da'vo qildi (Piskoti va boshq.
1998).
Biroq, C36 ning mavjudligi hozirgi kunga qadar to'liq tasdiqlanmagan. C36 15
ta an'anaviy fulleren izomeriga ega, ulardan D6h va D2d minimal sonli
beshburchaklarga ega (Fowler va Manolopoulos
1995).
Shuning uchun bu ikkisi eng
barqaror tuzilma uchun potentsial nomzodlardir. Umuman olganda, 10-rasmda
ko'rsatilganidek, bu kichik fullerenlar uchun uglerod qafas kattaligi oshishi bilan izomerlar soni ortadi .
C20 dan C58 gacha bo'lgan fullerenlar nazariyotchilar tomonidan keng o'rganilgan
(Fowler va Manolopoulos
1995;
Scuseria
1996;
Shao va boshq.
2007).
Ular tor
HOMO-LUMO bo'shliqlari va yuqori reaktivlikka ega bo'lishi taxmin qilingan. Tuzilmalar,
Bek-Li-Yang-Parr (BLYP) funktsiyasi bilan hisob-kitoblarda barqarorlik tartibini to'liq
o'zgartirishga erishildi. Ba'zi boshqa DFT funktsiyalari piyola eng barqaror tuzilma
bo'lishini taxmin qildi, undan keyin fulleren izomeri (Scuseria
1996).
Gibrid zichlik
funktsional nazariyasi va vaqtga bog'liq bo'lgan DFT formalizmi hisoblangan
fotoelektron spektrlarini eksperimental natijalar bilan solishtirish orqali eng kichik
katak fulleren C20 sintezini tasdiqladi (Saito va Miyamoto
2001).
C20 ning taniqli izomerlari 9 -rasmda ko'rsatilganidek, qafas, piyola va halqadir. Kosa
shaklidagi izomer korannulenni eslatadi. Faqatgina 12 beshburchakni o'z ichiga
olgan eng kichik uglerodli yopiq qafas C20 ni amalga oshirish 2000 yilgacha shubhali
edi. C20 yopiq qafasi o'ta egrilik va yuqori reaktivlikka ega, bu uning mavjudligi va
barqarorligiga shubha tug'dirdi (Wahl va boshq.
1993).
Prinzbach va boshqalar. gaz
fazasida uning perhidrogenlangan shaklidan eng kichik fulleren C20 ni ishlab chiqardi
va taqqoslash uchun kosa va halqa shaklidagi izomerlarni ham oldi (Prinzbach va
boshq.
2000).
Bu tuzilmalarning barchasi fotoelektron spektroskopiya (PES) bilan
tavsiflangan va ularning elektron yaqinligi sezilarli darajada farq qiladi (Prinzbach va boshq.
Qafas
kosa
Ring
9-rasm C20 izomerlari : qafas, piyola va halqa shaklidagi tuzilmalar (Macmillan Publishers Ltd ruxsati
bilan qayta nashr etilgan: Tabiat, Prinzbach va boshq.
(2000),
mualliflik huquqi 2000)
Uglerodning asosiy strukturaviy, elektron va kimyoviy xossalari...
13
Machine Translated by Google
600
1200
400
0
800
1000
200
1400
40
1
89
116
17
6
1
437
45
580
199
1205
2
3
20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 52 54 56 58
1
15
924
0
271
6
# uglerod, n yopiq uglerod qafasda (Cn)
Olimlar Yerda tabiiy fullerenlarning mavjudligini aniqladilar. Qizig'i shundaki, C60 va
C70 kabi fullerenlarning paydo bo'lishi Rossiyaning Shunga yaqinidagi kondan meta-
antrasit ko'mir bo'lgan shungitda qayd etilgan (Buseck va boshq.
1992).
Yangi
Zelandiyadagi bo'r-uchlamchi chegara hududlarida juda past konsentratsiyalarda C60
mavjudligi e'lon qilindi (Heymann va boshq.
1994).
Fullerenlar (C60 va C70) Kanadaning
Ontario shahridagi Sadberi ta'sir strukturasidan zarba natijasida hosil bo'lgan zarba
brekchilari (Onaping Formation) birligida topilgan (Becker va boshq.
1994).
Tabiiy
ravishda yuzaga keladigan fullerenlarning ko'pligi uglerod materiallarida, masalan,
ko'mir, toshlar, yulduzlararo muhit va hatto dinozavr tuxumlarida topilgan (Heymann va boshq.
2003).
60 uglerod atomidan kichikroq fullerenlarning aromatikligi, reaktivligi va boshqa
xususiyatlari ko'rib chiqildi (Lu va Chen
2005).
O'quvchilar, agar kerak bo'lsa, batafsil
tushunish va qo'shimcha ma'lumot olish uchun Lu va Chenning sharhiga va undagi
havolalarga murojaat qilishlari mumkin (Lu va Chen
2005).
Kichikroq fullerenlar va
ularning izomerlarining tanlangan tuzilmalari
11-
rasmda tasvirlangan. Schlegel
diagrammasidan olimlar fullerenlarni planar ko'rinishda chizish uchun keng qo'llaniladi,
bu atomlar va CC bog'lanish tarmoqlarini aniqlashda juda yordam beradi (Fowler va
Heine
2001;
Thilgen va Diederich
2006;
Troyanov va Tamm
2009). 12-
rasmda C20,
C36, C60 va C70 fullerenlari uchun Schlegel diagrammasi tasvirlangan .
TC Dinadayalane va J. Leszczynski
14
| 