Новости химической науки > Фуллерен C₅₀ нарушает правила

Европейские исследователи обнаружили, что возможно правила ароматичности нужно будет пересмотреть – на такую необходимость указывает то, что они, как предполагают, получили сверхароматический фуллерен [1].

Два наиболее устойчивых изомера C₅₀. (Рисунок из Phys. Chem. Chem. Phys., 2015, DOI: 10.1039/c5cp04970a)

Когда бакминстер фуллерен впервые поразил химиков своей уникальной структурой, его было принято рассматривать как трехмерный аналог бензола – суперароматическую систему, обладающую сферической ароматичностью. К их разочарованию, несмотря на то, что фуллерены преимущественно образованы шестичленными бензолоподобными циклами, в целом C₆₀ оказался антиароматическим соединением, и его устойчивость объяснялась влиянием общего напряжения, а также и тем, что каждый пятичленный цикл оказывался изолированным в кольце из шестичленных циклов. После синтеза C₆₀ были получены и другие фуллерены, однако ни один их них не оправдал надежды на обнаружение сверхароматичности.

Надеясь, что они будут более удачливыми, Арну Селеман (Arnout Ceulemans) и Ана Санз Матиаз (Ana Sanz Matías) из Университета Лёвена (Бельгия) решили более детально изучить строение C₅₀, частиц, дающих наиболее интенсивные пики в масс-спектре сажи. В действительности C₅₀ соответствует правилу подсчета магических чисел электронов Андреаса Хирша (Andreas Hirsch) – 2(N + 1)² [2], которое, наряду с требованием того, что электронная структура должна состоять из полностью заполненных сферических оболочек (причем в целом ее форма должна быть близка к полой сфере), позволяет говорить о сверхароматическом поведении фуллерена.

Не обладая достаточным количеством экспериментальных данных, позволяющих подтвердить строение вещества, исследователи выполнили расчеты для изучения наиболее устойчивых изомеров C₅₀. Расчет показал, что клетка фуллерена, в которой реализуется и сферическая форма электронного облака, и число электронов соответствует магическому числу, не демонстрирует полной ароматичности. К неменьшему удивлению исследователей оказалось, что в соответствии с расчетами самой стабильной была клетка фуллерена C₅₀, в которой рядом располагались пятичленные циклы.

Мигель Сола (Miquel Solà), специалист по физической химии из Университета Жироны (Испания), отмечает, что полученные результаты могут изменить бытующие в настоящее время подходы к изучению и интерпретации молекулярной структуры и реакционной способности фуллеренов, а в перспективе может быть пересмотрена и вся концепция ароматичности.

Селеман уверен, что исследования клеток фуллеренов следует продолжать, и они могут значительно упростить наши представления о трехмерной ароматичности. Он добавляет, что уверен в существовании суперароматических систем, надеясь, что рано или поздно кто-нибудь найдет их.

Источники: [1] Phys. Chem. Chem. Phys., 2015, DOI: 10.1039/c5cp04970a; [2] Angew. Chem., Int. Ed., 2000, 39, 3915; DOI: 10.1002/1521-3773

метки статьи: #квантовая химия, #нанотехнологии, #природа химической связи