Циклокарбон
В органической химии цикло [ n ]углерод (или просто циклоуглерод ) представляет собой химическое соединение, состоящее исключительно из числа n атомов углерода, ковалентно связанных в кольцо . Поскольку соединения состоят только из атомов углерода, они являются аллотропами углерода . Возможные образцы связей включают все двойные связи (циклический кумулен ) или чередующиеся одинарные и тройные связи (циклический полиин ). [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]
Первым синтезированным циклоуглеродом является цикло[18]углерод (C 18 ). [ 4 ] Кроме того, C 6 , C 10 , C 12 , C 13 , C 14 , C 16 , C 20 и C 26 . известны [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]
Цикло[3]углерод
[ редактировать ]( Гипотетический ) трехуглеродный член этого семейства ( C 3 ) еще называют циклопропатриеном .
Цикло[6]углерод
[ редактировать ]Шестиуглеродный член этого семейства ( C 6 ) еще называют бензотриином .
Цикло[18]углерод
[ редактировать ]Наименьший цикло[ n ]углерод, который, по прогнозам, будет термодинамически стабильным , - это C 18 с расчетной энергией деформации 72 килокалории на моль. [ 1 ] [ 3 ] Команда IBM/Оксфорда заявила, что в 2019 году синтезировала свои молекулы в твердом состоянии: [ 4 ]
По мнению исследователей IBM, синтезированный циклоуглерод имеет чередующиеся тройные и одинарные связи, а не состоит полностью из двойных связей. Это предположительно делает эту молекулу полупроводником . [ 8 ]
Крупные цикло[n]углероды
[ редактировать ]Seenithurai & Chai 2020 обнаружили, что более крупные цикло[n]углероды [до 100 атомов углерода] проявляют полирадикальный характер и имеют линейные углеродные цепи (l-CC[n]), а также циклические углеродные цепи или цикло[n]углерод (c- CC[n]), где n=10-100. [ 9 ] Во всех исследованных случаях l -CC[ n ] и c -CC[ n ] являются синглетами основного состояния, а c -CC[ n ] энергетически более стабильны, чем l -CC[ n ]. Электронные свойства l -CC[ n ] и c -CC[ n ] демонстрируют своеобразные закономерности колебаний для меньших значений n , за которыми следуют монотонные изменения для больших значений n . Для углеродных цепей меньшего размера нечетные l -CC[ n ] более стабильны, чем соседние четные, и c -CC[4 m+2 ]/ c -CC[4 m ] (где m — положительные целые числа ) более/менее стабильны, чем соседние нечетные. С увеличением n -CC l [ n ] и c -CC[ n ] приобретают все большую полирадикальность в своих основных состояниях, при этом активные орбитали делокализуются по всей длине l -CC[ n ] или всей окружности с -CC[ н ]. [ 9 ]
На основании результатов TAO-LDA, меньшие значения c -CC[n] (до = 22, где m — целые положительные числа) обладают нерадикальной природой и значительными синглет-триплетными энергетическими зазорами (например, более 20 ккал/моль). Учитывая их высокую стабильность, можно ожидать, что эти относительно стабильные циклические углеродные цепи, такие как c -CC[10], c -CC[14], c -CC[18] и c -CC[22], вероятно, будут синтезированы в ближайшем будущем. [ 9 ] Среди них c -CC[18] (т.е. цикло[18]углерод) был недавно синтезирован командой IBM/Оксфорда в 2019 году. [ 4 ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б Джордж А. Адамсон; Чарльз В. Рис (1996). «К полному синтезу цикло[ n ]углеродов и получению цикло[6]углерода». Дж. Хим. Soc., Перкин Транс. 1 (13): 1535–1543. дои : 10.1039/P19960001535 .
- ^ Ив Рубен; Кэролайн Б. Ноблер; Франсуа Дидерих (1990). «Предшественники цикло[n]углеродов: от 3,4-диалкинил-3-циклобутен-1,2-дионов и 3,4-диалкинил-3-циклобутен-1,2-диолов до циклобутенодегидроаннуленов и высших оксидов углерода» . Дж. Ам. хим. Соц . 112 (4): 1607–1617. дои : 10.1021/ja00160a047 .
- ^ Jump up to: а б Франсуа Дидерих; Ив Рубен; Кэролайн Б. Ноблер; Роберт Л. Уеттен; Кеннет Э. Шривер; Кендалл Н. Хоук; Йи Ли (8 сентября 1989 г.). «Полностью углеродные молекулы: доказательства образования цикло[18]углерода из стабильного органического предшественника». Наука . 245 (4922): 1088–1090. Бибкод : 1989Sci...245.1088D . дои : 10.1126/science.245.4922.1088 . ПМИД 17838807 . S2CID 23726682 .
- ^ Jump up to: а б с Кайзер, Катарина (15 августа 2019 г.). «sp-гибридизированный молекулярный аллотроп углерода, цикло[18]углерод». Наука . 365 (6459): 1299–1301. arXiv : 1908.05904 . Бибкод : 2019Sci...365.1299K . дои : 10.1126/science.aay1914 . ПМИД 31416933 . S2CID 201019470 .
- ^ Сюй, Вэй; Сунь, Люе; Чжэн, Вэй; Гао, Венце; Канг, Фейминг (05 октября 2023 г.), Синтез антиароматического цикло[12]углерода и ароматического цикло[6]углерода на поверхности , doi : 10.21203/rs.3.rs-3411973/v1
- ^ Сюй, Вэй; Сунь, Люе; Чжэн, Вэй; Канг, Фаминг (05 октября 2023 г.), Синтез на поверхности и характеристика антиароматического цикло[20]углерода , doi : 10.21203/rs.3.rs-3411934/v1
- ^ Альбрехт, Флориан; Рончевич, Игорь; Гао, Юэцзэ; Пашке, Фабиан; Баярди, Альберт; Тавернелли, Ивано; Мишра, Шантану; Андерсон, Гарри Л.; Гросс, Лео (10 мая 2024 г.). «Цикло[13]углерод с нечетным номером и его димер, цикло[26]углерод». Наука 384 (6696): 677–682. дои : 10.1126/science.ado1399 . ISSN 0036-8075 .
- ^ Кастельвекки, Давиде (15 августа 2019 г.). «Химики сделали первое в мире кольцо из чистого углерода» . Природа . 572 (7770): 426. Бибкод : 2019Natur.572..426C . дои : 10.1038/d41586-019-02473-z . ПМИД 31431741 .
- ^ Jump up to: а б с Сенитурай, Сонай; Чай, Дженг-Да (4 августа 2020 г.). «ТАО-DFT-исследование электронных свойств линейных и циклических углеродных цепей» . Научные отчеты . 10 (1): 13133. Бибкод : 2020NatSR..1013133S . дои : 10.1038/s41598-020-70023-z . ПМЦ 7403413 . ПМИД 32753715 .