Фуллерен — 2000

Люди спокон веку были неравнодушны к круглым числам. Даже один ноль в конце календарной даты завораживает нас. А уж если нолей два или тем более три (как в нынешнем, 2000 году), то это вообще нечто особенное.

Впрочем, что касается календарных дат, то ноли в их конце не имеют никакого особого смысла, потому что у разных народов за начало летоисчисления принимают разные даты. Если у христиан сегодня на дворе год 2000-й, то мусульмане живут еще в 1422 году, индейцы майя — уже в 5118-м, а ортодоксальные евреи — в 5760-м...

В химии, однако, число «2000» имеет вполне реальный смысл, связанный с фуллереном С₂₀₀₀ Его молекулы похожи на конструкцию, придманную архитектором Бакминстером Фуллером.

Молекулу бакминстерфуллерена (сокращенно — фуллерена) составляют 20 шестиугольников и 12 пятиугольников, построенных из 60 атомов углерода (рис. 1). За открытие этого вещества, сделанное в 1985 году, трое ученых Р. Смолли, Р. Керл и Г. Крото) были удостоены Нобелевской премии 1996 года. 3а пятнадцать с небольшим лет фуллерену и его аналогам было посвящено свыше 10 тысяч научных статей, в том числе десяток монографий и несколько сот патентов. А теперь фуллерен С₆₀ можно купить по цене примерно доллар за миллиграмм.

Помимо С₆₀ были получены фуллерены С₇₀, С₇₄ и другие, молекулы которых также состоят из разного числа шестиугольников, но всегда 12 пятиугольников. Семиугольники в структуре фуллеренов пока не обнаружены, хотя теоретически они могут существовать.

Доказано, что у фуллеррнов, называемых идеальными, число атомов углерода может быть равно либо 20n², либо 60m², где n и m — целые числа. В первом случае пятиугольники обращены друг к другу вершинами, и тогда фуллерены могут содержать 20, 80, 320, 500, 980, 1280, 2000, 2420, 3780 и т.д. атомов углерода. Во втором случае пятиугольники обращены друг к другу сторонами. Такие фуллерены могут содержать 60, 240, 540, 960: 1500, 2160, 2940 и т.д. атомов углерода.

Химики пытаются активировать эти инертные соединения — например, присоединить к ним водород. Тогда из фуллерена С₆₀ получится углеводород С₆₀H₆₀, в котором атомы водорода можно обычными химическими приемами замещать на любые группировки атомов. Пока что удалось присоединить не более 36 водородных атомов, но и этого вполне достаточно для дальнейших превращений.

«Юбилейный» фуллерен состава С₂₀₀₀ еще не получен, но его молекула должна выглядеть очень красиво (рис. 2), а вещество с такой пустотелой молекулой должно быть очень легким. Если этот фуллерен насытить водородом, то получится углеводород С₂₀₀₀Н₂₀₀₀ (рис. 3), а если половину атомов водорода заместить, скажем, хлором, то получится соединение состава С₂₀₀₀Н₁₀₀₀Сl₁₀₀₀.

А сколько изомеров может быть у этого вещества? Для определения их числа студент нашего факультета Миша Шигорин составил специальную программу, работающую в среде Linux, по которой машина Pentium-133 считала почти целую неделю (!) и выдала число с 601 значащей цифрой (см. вверху страницы).

Это число вполне достойно занять почетное место в Книге рекордов Гиннеса…

Доктор химических наук
М.Ю. Корнилов,
химический факультет Киевского национального университета имени Тараса Шевченко