Метан в фуллерене

А.И. Курамшин

pic_2019_05_18-1.jpg

Исследователи из Саутгемптонского университета впервые получили фуллерен C60, в полость которого заключена молекула метана. Так метан стал первой органической молекулой, которую удалось замуровать в самом известном фуллерене C60 («Angew. Chem.», Int. Ed. 2019, 58, 15, 5038-5043; doi: 10.1002/anie.201900983, полный текст).

После открытия фуллерена C60 в 1985 году стало ясно, что его практически идеально сферическая внутренняя полость диаметром 3,7 Å позволяет изолировать отдельные атомы. С той поры соединения включения (эндоэдральные фуллерены), в которых молекулы или атомы находятся в клетке фуллерена, стали объектом интенсивных теоретических и экспериментальных исследований. Их формулу принято записывать как A@C60, где А — частица, заключенная в полости полимера.

Исследователи уже получили такие эндоэдральные фуллерены, как Н2@C60 и Н2О@C60: они сформировали в фуллерене отверстие, ввели через него молекулы водорода и воды, а потом закрыли «вход». Чем больше молекула, тем большее отверстие для нее нужно.

Руководитель исследования Ричард Уитби отмечает, что в принципе несложно сделать дыры в фуллерене и поместить внутрь него нужные молекулы. Самое сложное — закрыть отверстие и не дать молекуле покинуть полость. Команда Уитби решила эту задачу. Сначала исследователи из группы Уитби получили клетку фуллерена C60 с относительно большим входным отверстием — это семнадцатичленный цикл с серой. В такие фуллерены с открытой дверью с помощью большого давления вогнали молекулы метана, а затем дверь закрыли, в несколько стадий превратив семнадцатичленный цикл в обычный цикл фуллерена С60. На ключевой стадии исследователи применили фотохимическую реакцию, протекающую с выделением оксида серы. Полученный таким образом эндоэдральный фуллерен уже не содержал в структуре иных атомов, кроме атома углерода.

В сравнении с пустым фуллереном клетка нового соединения включения искажена, и его внутренняя полость уже не близка к идеальной сфере. Вероятно, такое искажение вызвано хаотическим движением молекулы метана и его ударами о стенки фуллерена. Данные фотоэлектронной спектроскопии показывают, что заточённая молекула метана ведет себя почти столь же свободно, как и метан в газовой фазе. Это подтверждает тот факт, что между метаном и клеткой фуллерена не формируются ни химические, ни прочные межмолекулярные взаимодействия.

Синтез CH4@C60 открывает эру новых эндофуллеренов с большими по размеру гостями. В перспективе группа Уитби планирует получить эндофуллерены, в полостях которых будут заключены молекулы аммиака и кислорода.



Эта статья доступна в печатном номере "Химии и жизни" (№ 5/2019) на с. 18.

Разные разности
Бактериофаги против дезодорантов
Метагеномный анализ кожной флоры позволил найти главного злоумышленника, виновного в резком запахе пота — это бактерии Staphylococcus hominis. Но можно ли от них избавиться, не убивая другие кожные бактерии? Исследователи предложили логичное реш...
Липучка против трипсов
Химики ищут замену инсектицидам, подсматривая за тем, как разные растения сами защищаются от вредных насекомых. Некоторые растения выделяют липкие вещества из так называемых железистых волосков. К ним прилипают насекомые-вредители и погибают. Эта стр...
Этанол против гриппа
Во время пандемии ковида в соцсетях распространилось видео, на котором наш соотечественник демонстрировал свой метод лечения ковида — ингаляцию парами этанола. Но тогда над ним посмеялись и отмахнулись. Похоже — зря. Японские исследователи ...
Пишут, что...
…за последнее десятилетие плотность тихоокеанских устриц Magallana gigas в двух заливах Южной Калифорнии увеличилась в 32 раза, что совпадает с летним повышением температуры морской воды на 2–4°C… …пластырь с микроиглами против ...