富勒烯化学

讨论富勒烯特性的有机化学领域
富勒烯化学是一专门讨论富勒烯特性的有机化学领域。在这一领域的研究,是因为对富勒烯衍生物和调整其特性的需要。例如,富勒烯难溶于水而增加一个合适的官能团能够增强其溶解性。通过增加一个能够发生聚合反应的官能团,可以获得富勒烯聚合物。富勒烯衍生物分为两类:外取代富勒烯即在碳笼外有取代基团和富勒烯包合物即在碳笼内束缚一些分子或原子等。

简介

自然界中碳的单质通常以两种形式存在,即金刚石石墨。1985年,继金刚石、石墨之后,美国休斯顿(Rice)大学Kroto、Smally、Curl等在合成星际间化合物的过程中,用大功率激光轰击石墨进行碳的团簇研究时,发现了碳的第3种同素异形体-由60个碳原子组成的原子簇
。随后,人们又发现了
簇分子
……等,学术界将这种笼状碳原子簇统称为富勒烯(fullerene)。富勒烯家族的发现是世界科技史上的一个重要里程碑,3位发现者也因此获得1996年诺贝尔化学奖。1990年Krabtschmer及Huffman等发现了制备富含
等富勒烯烟灰的方法,使宏量制备富勒烯成为可能。此后,富勒烯的系统研究在物理、化学、材料、生物化学、医学、生命科学等领域蓬勃发展。

结构

是由60个碳原子组成的具有美学对称性的足球状分子,分子直径为0.71nm。在这种球面结构中,60个碳原子采用
杂化方式,即介于平面三角形的
和正四面体的
杂化之间的一种轨道杂化方式,60个碳原子的未杂化p轨道则形成一个非平面的共离域大π体系,只不过这种p轨道中含有
的s成分。
的球面是由12个正五边形和20个正六边形稠合构成的笼状32面体,五边形环为单键,键长约为0.145nm,两个六边形环的公共边则为双键,键长为0.138nm,共有30个双键;每个五边形与6个六边形共边,而六边形则将5个五边形彼此隔开。