Кіріспе

Эндогедралды фуллерен молекулалық сутегін қамтиды. Эндогедралды сутегін фуллерен (H2@C60) — молекулалық сутегін қамтитын эндогедралды фуллерен. Бұл химиялық қосылыстың молекулалық электроникада қолданылу мүмкіндігі бар және 2005 жылы Киото университетінде Коичи Коматсу тобы оны синтездеді. Көбінесе эндогедралды фуллерендердің ішкі құрауы фуллерен синтезі кезінде енгізіледі немесе өте төмен өнімділікпен, жоғары температура мен қысымда фуллеренге қосылады. Ал бұл фуллерен ерекше тәсілмен, таза C60 фуллеринінен басталып үш қадамда синтезделді: көміртекті қаңқаны жару, сутекті газды енгізу және органикалық синтез әдістерімен жабу.

Органикалық синтез

Схема 1 фуллерен бетіне 13 мүшелі сақина тәрізді тесік жасаудың бірінші қадамын көрсетеді. 1,2,4-триазин 2 еритін болуы үшін екі фенил тобымен және пиридин тобымен жабдықталып, 1,2-дихлорбензолда таза C60 фуллерен 2-мен жоғары температурада және ұзақ реакция уақытында Дильс-Альдер реакциясына түседі. Бұл реакцияда азот шығарылып, 8 мүшелі сақина пайда болады (3). Бұл тесік көміртекті тетрахлоридтегі синглеттік оттегімен реакция арқылы кеңейтіледі, нәтижесінде сақинадағы алкен тобының біреуі кетонға тотығады. 12 сақина тетракис(диметиламино)этиленнің қатысуымен элементтік күкіртпен реакция арқылы 13 сақинаға дейін кеңейтіледі. Ұсынылған реакция механизмі 2-схемада пластиналық бейнелену арқылы көрсетілген. Бірінші қадамда триазин фуллеренмен Дильс-Альдер реакциясына түседі. Екінші қадамда азот DA аддукты 2-ден шығарылып, біріктірілген азациклогексадиен сақинасы пайда болады, содан кейін екі циклопропан сақинасы бар аралық зат 4-ке [4+4] циклоқосылу жүзеге асырылады. Бұл аралық зат тез арада ретро [2+2+2] циклоқосылу арқылы 8 мүшелі сақиналы өнімге қайта орналасады. In silico есептеулер көрсеткендей, HOMO-дағы электрондар негізінен сақинаның бутадиен бөлігіндегі екі есе байланыстарда орналасқан, сондықтан синглеттік оттек диокситан аралық 6 арқылы осы орындарда алькенді дикетонға дейін ыдырайды (тек бір изомер көрсетілген). Элементар күкірт S8 диен тобының бір байланысына енгізіледі, бұл сақинаның 13 атомға дейін кеңеюіне әкеледі (8 және 9 құрылымдары бірдей). Тетракис(диметиламино)этилен бұл байланысты бір электронды тотығу немесе комплекстеу арқылы электрофильді күкірт қосылысы үшін белсендіреді. Рентгендік кристаллография күкірт қосылысындағы тесіктің пішіні шамамен дөңгелек екенін анықтайды. Бұл қосылысқа сутектің енгізілуі 100% тиімділікпен жүзеге асырылатын оңай қадам. Тесікті жабу - қақпақты ашу үшін қажетті қадамдардың кері процесі. Реакция жағдайын 160 °C-тан төмен ұстау қажет, әйтпесе сутек шығып кетуі мүмкін. m CPBA күкірт тобын сульфоксид тобына тотықтырады, одан кейін оны толуолда көрінетін жарық астында фотохимиялық реакция арқылы сақинадан бөліп алуға болады. Екі кетон тобы титан тетрахлоридімен және элементтік мырышпен Макмерри реакциясында қайта қосылады. Кері циклоқосылулар 340 °C температурада вакуумда цианопиридин мен дифенилацетиленнің бөлінуімен жүзеге асырылады, нәтижесінде таза фуллереннен бастап 40% химиялық түсіммен H2@C60 пайда болады.

Қасиеттері

H2@C60 тұрақты молекула болып табылды. Ол 500 °C температурада 10 минутқа дейін сақталады және бос C60 сияқты химиялық реактивтілік көрсетеді. Электрондық қасиеттері де көбінесе өзгермейді. Сутегін енгізу және босату процесін тесіктің өлшемін ұлғайту арқылы жеңілдетуге болады. Бұл күкіртті селенмен (натрий тиолаты, Se8) алмастыру арқылы, C-Se байланысының ұзындығын пайдаланып жасалуы мүмкін. Жарылған фуллеринді 190 °C температурада 760 атмосфера (77 МПа) сутек қысымында толтыру 8 сағатқа созылады, ал 150 °C мен 180 °C арасында босату күкірт аналогына қарағанда үш есе жылдамдатылады. Босату үшін белсенділік энергиясы 0,7 ккал/моль төмендеп, 28,2 ккал/моль (2,9 - 118 кДж/моль) құрайды. Фулерин қуысындағы сутегінің сыртқы ортадан толық қорғалмағанына дәлелдер бар, себебі бір зерттеуде H2@C60 бос C60-ға қарағанда синглеттік оттегіні сөндіруде тиімдірек екені анықталды.