Неорганический «фуллерен»

Замазка Менделеева, горелка Бунзена, реакция Зинина... В химии много именных названий, что позволяет нам использовать мнемонические приемы запоминания, облегчающие восприятие специфики тех или иных объектов. К такого рода названиям относится и фуллерен, названный в честь американского архитектора Ричарда Бакминстера Фуллера (1895–1983), создавшего так называемые геодезические купола. Один из них довольно долгое время простоял в Сокольниках после знаменитой американской выставки в 1959 г.
Фуллер приступил к построению купола, используя данные рентгеноструктурного анализа «молекулы» алмаза. Когда ученые впервые получили сферическое соединение С₆₀, они тут же назвали его фуллереном. Формально к фуллерену можно относиться как к сферическому аллотропу углерода.
Однако ученым не давала покоя идея получения неорганического аналога фуллерена. Теория и практика подсказывают, что наряду с углеродными цепочками образуются и кремниевые. В свое время, когда было сильное увлечение поисками внеземных цивилизаций, фантасты высказывали мысль о существовании в глубинах Вселенной кремниевой жизни. Но, кроме кремниевой долины неподалеку от Сан-Франциско, найти пока ничего не удалось...
И вот международной команде ученых в составе Александра Вировеца из Института неорганической химии Сибирского отделения РАН, Юнфен Бай из Института координационной химии Нанкинского университета (Китай) и Манфреда Шеера из Института неорганической химии в Карлсруэ (Германия) удалось синтезировать практически полностью неорганический аналог фуллерена.
Теоретики давно предсказывали возможность создания подобных сферических молекул, но осуществить это долго не удавалось. Коллектив ученых сумел соединить Р₅-циклы, или кольца («пентагоны»), в центре которых располагаются атомы железа. Внутри каждого фосфорного «пентагона» находится углеродное пятичленное кольцо с присоединенными к атомам углерода метильными группами –СН₃. Такое кольцо около атома железа подобно солнечной батарее космической станции (рис. 1).

Главную роль в построении неорганического аналога фуллерена играет медь в различных сочетаниях с хлором. Атомы азота расположены на окружности, разделяющей сферу пополам. На построение неорганической «сердцевины» нового соединения ушло 90 атомов (в классическом фуллерене их 60).
Неорганический аналог фуллерена приблизительно в 3 раза больше, чем C₆₀ (рис. 2). Внутренний диаметр фуллереноподобной молекулы составляет 12,5 , а наружный – 21,3 . Стабильность сфер обеспечивается атомами хлора, а также атомами железа, прикрытыми снаружи углеродными кольцами с метильными заместителями.

Результаты позволили авторам высказать предположение, что новая фуллереноподобная структура с пентагональной симметрией циклических лигандов Р₅ послужит хорошим стартовым материалом в инженерии кристаллов, создаваемых из сферических неорганических молекул посредством координации всех атомов фосфора с хлоридом меди(I). Ранее были получены гетерофуллерены с малым числом атомов бора и азота, а также соединение С₅₉Р. Синтезированный же неорганический аналог фуллерена представляет собой структуру, состоящую полностью из гетероатомов.
С точки зрения нанотехнологии такие структуры вызывают огромный интерес, поскольку из гетероатомов можно создавать не только сферы, но и полусферы наподобие легких и прочных фуллеровских куполов. Из таких сфер и полусфер можно синтезировать макромолекулярные комплексы с многообещающими свойствами.

Материал подготовил И.Э.ЛАЛАЯНЦ
(Science, 2003, № 5620, р. 781)