Метан в фуллерене

Курамшин А.И.
(«ХиЖ», 2019, №5)

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.

123

Разные разности

27.06.2022 16:00:00

…самцы паука-ткача после спаривания катапультируют со скоростью 65 см/сек., чтобы самка не успела его съесть…

…чемпионы по фиксации углерода — не растения, а почвенные бактерии, которые делают это в 20 раз быстрее…

…под полом собора Парижской Богоматери ученые обнаружили десять саркофагов, которые были похоронены между XIV и XVIII веками…


>>
21.06.2022 14:00:00

Команда французских ученых выяснила, что обычные муравьи, живущие в лесу, могут различать по запаху здоровые и раковые клетки человека.

>>
17.06.2022 14:00:00

Исследователи из Университета Бристоля придумали сенсорное устройство, с помощью которого можно снимать тревогу. Попросту, это — подушка, которая дышит. Ты ее обнимаешь и успокаиваешься.

>>
16.06.2022 13:00:00

В коллекции Эрмитажа есть набор из восьми золотых и серебряных трубок возрастом около пяти тысяч лет, найденных на Северном Кавказе больше ста лет назад. Археолог Н.И. Веселовский, который сделал эту находку, предположил, что это скипетры. Но почему они полые? Вопрос оставался без ответа. И вот недавно появилась новая и очень убедительная версия назначения этих трубок.

>>
15.06.2022 17:00:00

Соль, а точнее, входящие в ее состав ионы натрия, нужны любому живому существу. У хищников и всеядных, к коим относится человек, проблем с солью нет — они едят мясо, в котором благодаря крови соли много. А нужна ли соль насекомым? Этим вопросом задались экологи из Мичиганского университета и получили на него ответ в интересном эксперименте.

>>