Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора химических наук Словохотова Юрия Леонидовича "Атомное строение и особенности кристаллохимии новых производных фуллеренов".
по специальности: 02.00.03 – органическая химия, 02.00.04 – физическая химия
Работа выполнена в Институте элементоорганических соединений имени А.Н.Несмеянова Российской академии наук
Исследования фуллеренов – семейства аллотропных модификаций углерода, построенных из полых сфероидальных молекул Cn – составляют одно из наиболее динамичных и плодотворных направлений современного естествознания. Химия фуллереновых производных представляет большой интерес как для развития методов синтеза новых веществ, имеющих неклассические строение и свойства, так и для создания новых соединений с практически важными характеристиками. На основе фуллереновых производных в последнее десятилетие получены сверхтвердые композиты, анизотропные проводники и полупроводники, сверхпроводники, молекулярные ферромагнетики, жидкие кристаллы и другие перспективные вещества. Химически модифицированные фуллерены, способные под действием внешнего поля изменять свои характеристики (геометрию и упаковку молекул в кристалле, ориентацию их электрических и магнитных моментов), могут служить конструкционными элементами в современной технологии наноматериалов. Вместе с тем, функционализация фуллеренового остова облегчает манипулирование новыми углеродными реагентами за счет глубокой модификации их свойств – так, в последнее десятилетие были получены водорастворимые производные фуллеренов и нанотрубок с гидрофильными аддендами на углеродной оболочке. По этим причинам физико-химических исследования соединений фуллеренов являются актуальными как с научной, так и с практической точек зрения.
Необычные свойства новых углеродных фаз и материалов обусловлены прежде всего их неклассическим атомным строением. Поэтому особую важность для развития химии фуллеренов имеют структурные исследования, среди которых главное место занимают рентгенодифракционые методы. Однако исследования кристаллической структуры фуллереновых производных ограничены низкой рассеивающей способностью их кристаллов, ротационной разупорядоченностью квазисферических молекул Cn и сокристаллизацией изомеров в случае высших или химически модифицированных фуллеренов. Вследствие этого получение рентгеноструктурных данных в рассматриваемой области существенно отстает от темпов синтеза новых веществ. Таким образом, рентгенодифракционные исследования соединений фуллеренов, анализ закономерностей их строения и поиск корреляций «состав – структура – свойства» также весьма актуальны для всей указанной области химии.
Основной задачей настоящей работы является поиск общих кристаллохимических и стереохимических закономерностей в классе фуллереновых производных по всей совокупности имеющихся рентгеноструктурных данных, включая кристаллические структуры соединений фуллеренов С60 и С70, исследованные нами в 1995-2005 г.г. Строение новых соединений фуллеренов установлено методами рентгеноструктурного анализа (РСА) и порошковой рентгенографии (XRD), в некоторых случаях с привлечением квантовохимических расчетов. Закономерности строения фуллереновых молекул и кристаллов выявляли с использованием Кембриджского банка структурных данных (CSD), проводя для депонированных в нем структур статистическую обработку геометрических параметров и расчетное моделирование. Важным аспектом нашей работы был поиск корреляций строения и степени упорядоченности фуллеренсодержащих кристаллов с их стехиометрическим составом.
В настоящей работе впервые установлено атомное строение 41 новых производных фуллеренов; дифракционные данные для четырех веществ получены на синхротронном излучении. На основе исследованных кристаллических структур рассмотрены явления изоморфизма, квазиизоморфизма и квазиполиморфизма среди молекулярных кристаллов фуллеренов, примеры дополнительного связывания молекул фуллеренов с металлопорфириновыми фрагментами и новые супрамолекулярные мотивы в таких системах. Для семи производных химически модифицированного бакминстерфуллерена (включая впервые исследованный нами C60F18 с плоским ареноподобным фрагментом в углеродном остове) установлены и проанализированы геометрические параметры молекул, показана их связь со стереохимическими закономерностями, установленными ранее для органических и металлоорганических соединений. Проведен кристаллохимический анализ всех фуллереновых кристаллических структур, содержащихся в CSD версии 2006 г., выявлена зависимость существующих с них мотивов из углеродных кластеров (Cn)∞ от степени их разбавления нефуллереновыми фрагментами. Установлена связь конформаций молекул-«гостей» с размерами углеродного остова, предложена модель «резиновой полости», позволившая расчетным путем воспроизвести наблюдаемые типы ротационной разупорядоченности фуллереновых молекул в кристалле. Предложена модельная оценка энергии образования молекул в ряду полиаддуктов фуллеренов неклассического строения, позволяющая количественно сравнивать искажения углеродного каркаса в этих соединениях.
Полный текст работы см. в приложенном файле
 |
автореферат.pdf (2.26 МБ.) Словохотов Юрий Леонидович: автореферат |
