Введение к работе
Актуальность темы. Открытие полиэдрических кластеров углерода — фуллеренов (Qj — внесло существенное изменение в представления об аллотропных формах этого элемента. Возможность существования молекулярной формы углерода в виде полиэдрических кластеров была предсказана до экспериментального открытия на основаніпі квантовохимичес-ких расчетов Сед. Изучение углеродных кластеров и их производных значительно расширилось благодаря разработке методики получения фуллеренов в граммовых количествах. Получены продукты ступенчатого присоединения водорода, галогенов, кислорода, органических радикалов, комплексы переходных металлов, допированные фуллерены, разнообразные эндоэдричеекпе комплексы. В солях состава AjC^o обнаружены сверхпроводящие свойства с высокой Тс (18 К и 28 К для А = К и Ш), соответственно). Отмечаются ферромагнитные свойства фуллереновых производных, нспользовашіе фуллеренов в составе красок и проявителей для копировальной техники, в качестве компонента смазочных материалов и пленок с интересными механическими, электрическими, электрохимическими и оптическими свойствами.
Для фуллеридов СбоХя и QoXn, исходя из геометричес-гагх соображешш, можно ожіщать образования очень большого числа изомеров, различающихся по положению аддендов X. Однако изомеры могут различаться по энергии и, следовательно, не все удастся сгаггезировать. Таким образом, изучение
ОТНОСИТеЛЬНОЙ УСТОЙЧИВОСТИ реГИОИЗОМерОВ фуЛЛерИДОВ СэдХд
и СтоХц с различными группами X представляет собой весьма актуальную фундаментальную проблему химии фуллеридов, теоретическому изучению которой посвящена эта работа.
Цель диссертации: разработка теории строеїшя и изомерии фуллеридов CnXfc с различными аддендами X и дотированных фуллеренов C^j-Yt с гетероатомами Y в углеродных кластерах.
Научная новизна. После экспериментального открытия фуллерена в 1985 г. появилось огромное число работ в которых
различными методами квантовой химии исследовалось электронное строение С$о, его изомеров, катионов, анионов, а также других кластеров с меньшими и большими числами атомов углерода. Однако в литературе практически отсутствуют работы, в которых методами теоретической химии исследовались бы фуллериды с различными, особенно координационными аддеидами на поверхности углеродной сетки. (Отчасти, это связано с тем. что такие соединения появились лишь в последние годы, т. е. значительно позже чистых углеродных кластеров). Данная работа заполняет этот пробел в теоретической структурной химии фуллеридов. Основным предметом данного исследования яшіяется изомерия соедішений типа 0 и CzoX,,, связанная с различным взаимным расположением аддендов X. Выводы об относительной стабильности изомеров обоснованы путем сопоставления их полных энершй. Показано, что стабильность обусловлена, преимущественно, эффектами я-электронного сопряжения и стерическими взаимодействиями в углеродной подсистеме.
Практическая ценность работы состоит в определении основных факторов, определяющих геометрическое строение и относительную стабильность изомеров в новом классе неоргашгческих веществ, получаемых на основе фуллеренов, а также в интерпретации многочисленных экспериментальных структурных данных.
Апробация работы. Результаты работы докладывались на Конкурсе научных работ ИОНХ РАН (Москва, 1993 г.), на 1-й Российской конференщш по кластерной химіш (Санкт-Петербург, 1994 г.). на ХП-й Международной конференции по эффекту Яна-Теллера (Эстония, Тарту, 1994 г.), на Россштской конференции по квантовой химіш, строению и реакционной способности молекул (Лиманчик, 1994 г.), на 2-й Международной конференщш «Фуллерены и атомные кластеры» — IWFAC-95 (Санкт-Петербург, 1995 г.), а также на Московских семинарах по фуллеренам (ИНЭОС РАН, 1994 г.) и химической физике (ИХФ РАН, 1994 г.).
Публикации. По теме диссертаїщи опубликовано 10 печатных работ.
Структура it oubSiM работы. Диссертация состоит из введения, 4-х глав, выводов, списка литературы (145 наименовании), содержит 12 рисунков. 13 таблиц и занимает объем 97 страниц.