Cesko.wiki Buckminsterfulleren
Author
Albert FloresBuckminsterfulleren je fulleren se vzorcem C60. Je tvořen uzavřenou klecí ve tvaru komolého dvacetistěnu, skládá se z dvaceti šestiúhelníkových a dvanácti pětiúhelníkových stěn, tvarem připomíná fotbalový balon. Každý uhlík vytváří vazby ke třem okolním atomům uhlíku. Je to černá pevná látka rozpustná v uhlovodících za tvorby fialových roztoků. Tato sloučenina je intenzivně studována, i když zatím nemá praktickou aplikace.
Historie
Japonský chemik Eiji Osawa v 70. letech teoreticky předpověděl existenci uhlíkových klastrů a také odhadl některé jejich vlastnosti. +more V roce 1985 byly v hmotnostních spektrech grafitu odpařeného laserem objeveny píky odpovídající hmotnostem 720 a 840. Tyto hmotnosti odpovídají molekulám C60 a C70.
Etymologie
Objevitelé tohoto alotropu ho pojmenovali po americkém architektovi Buckminster Fullerovi, který je autorem mnoha geodetických kopulí, podobných vzhledem molekule C60. Zemřel v roce 1983, rok před objevem fullerenu.
Výskyt
Buckminsterfulleren je nejběžnější, přirozeně se vyskytující fulleren. Malá množství je možné nalézt v sazích. +more Neutrální forma C60 byla nalezena v planetárních mlhovinách a některých typech hvězd. Ionizovaná forma, Cb=60|p=+, se nachází v mezihvězdném prostředí a je původcem několika mezihvězdných absorpčních pásů.
Syntéza
Saze jsou produkovány laserovou ablací grafitu nebo pyrolýzou aromatických uhlovodíků. Fullereny jsou pak extrahovány organickými rozpouštědly pomocí Soxhletova extraktoru. +more Tímto krokem získáme roztok obsahující až 75 % C60 a také dalších fullerenů. Tyto frakce jsou pak separovány pomocí chromatografických metod, nejčastěji pomocí kolonové chromatografie.
Struktura
Buckminsterfulleren má tvar komolého dvacetistěnu s 60 vrcholy a 32 stranami (20 šestiúhelníkových a 12 pětiúhelníkových, kdy žádné pětiúhelníky nesdílejí vrchol). Van der Waalsův poloměr molekuly je okolo 0,55 nm. +more Poloměr měřený jako vzdálenost mezi jádry je pak 0,71 nm. Pozorujeme dva typy vazeb C-C, vazbu mezi uhlíky sdílenými šestiúhelníky (6-6) můžeme považovat za dvojnou a je kratší než vazba mezi uhlíky sdílenými šestiúhelníkem a pětiúhelníkem (6-5). Průměrná délka vazby je 0,14 nm. Každý atom uhlíku vytváří vazby ke třem dalším uhlíkům. Atom uhlíku v molekule C60 může být substituován atomem boru nebo dusíku, za vzniku C59B nebo C59N.
Vlastnosti
| Centrováno na | Vrchol | Hranu 5-6 | Hranu 6-6 | Šestiúhelníkovou stranu | Pětiúhelníkovou stranu |
|---|---|---|---|---|---|
| Obrázek | 120px | +morepng'>120px | 120px | 120px | 120px |
| Četnost rotace | [2] | [2] | [2] | [6] | [10] |
Rozpustnost
vpravo Fullereny jsou nerozpustné ve vodě, ale dobře se rozpouštějí v aromatických rozpouštědlech a sirouhlíku. +more Roztoky C60 mají tmavě fialovou barvu, po odpaření vzniká hnědý zbytek. Krystalizací z některých rozpouštědel lze získat solváty, např. krystalizace z benzenu poskytuje trojklonné krystaly C60·4C6H6.
Chemické reakce
Redoxní
C60 podléhá šesti reversibilním, jednoelektronovým redukcím, poskytujícím Cb=60|p=6-. Oxidace je nevratná. +more Chová se jako elektronově deficitní alken, např. reaguje s nukleofily.
Halogenace
Fluor, chlor a brom se dokáží adovat na C60. Fluor je dostatečně malý, aby mohlo dojít k 1,2-adici, chlor a brom reagují 1,3- nebo 1,4-adicí. +more V závislosti na podmínkách reakce může docházet ke vzniku více různých derivátů. Navázání fluoru a chloru zpravidla vede ke zploštění klece C60.
Adice kyslíku
Roztoky C60 lze oxidovat za vzniku epoxidu C60O. Ozonizace C60 v 1,2-xylenu poskytuje ozonid, C60O3, který se rozkládá. +more Termický rozklad vede ke vzniku epoxidu, zatímco fotolýzou vzniká kyslíkový můstek na 5,6-hraně. střed.
Komplexy s kovy
C60 vytváří komplexy podobné běžnějším alkenům. Byly popsány komplexy s molybdenem, wolframem, platinou, palladiem, iridiem a titanem. +more Fotochemickými reakcemi vznikají pentakarbonylové komplexy: : M(CO)6 + C60 → M(η2-C60)(CO)5 + CO (M = Mo, W).
V případě komplexu s platinou vystupuje ethylenový ligand jako odstupující skupina v termické reakci: : Pt(η2-C2H4)(PPh3)2 + C60 → Pt(η2-C60)(PPh3)2 + C2H4
Byly popsány i komplexy s titanocenem: : (η5-Cp)2Ti(η2-(CH3)3SiC≡CSi(CH3)3) + C60 → (η5-Cp)2Ti(η2-C60) + (CH3)3SiC≡CSi(CH3)3
Koordinačně nevysycené komplexy, jako např. Vaskův komplex, tvoří s C60 adukty: : trans-Ir(CO)Cl(PPh3)2 + C60 → Ir(CO)Cl(η2-C60)(PPh3)2
Endohedrální fullereny
Do fullerenové klece je možné uzavřít atomy kovu nebo malé molekuly, např. H2 nebo H2O. +more Endohedrální deriváty lze syntetizovat přídavkem kovu ke grafitu v obloukovém výboji. Složitější metodou je tzv. molekulová chirurgie, která umožňuje uzavření požadovaného atomu nebo molekuly do fullerenu pomocí sledu organických reakcí.