Buckminsterfulleren

Buckminsterfulleren
Strukturní vzorec
Kuličkový model
Obecné
Systematický název	(C60−Ih)[5,6]fulleren
Anglický název	Buckminsterfullerene
Německý název	Buckminster-Fulleren
Sumární vzorec	C60
Vzhled	tmavé jehlicové krystaly
Identifikace
Registrační číslo CAS	99685-96-8
PubChem	123591
SMILES	c12c3c4c5c2c2c6c7c1c1c8c3c3c9c4c4c%10c5c5c2c2c6c6c%11c7c1c1c7c8c3c3c8c9c4c4c9c%10c5c5c2c2c6c6c%11c1c1c7c3c3c8c4c4c9c5c2c2c6c1c3c42
InChI	InChI=1S/C60/c1-2-5-6-3(1)8-12-10-4(1)9-11-7(2)17-21-13(5)23-24-14(6)22-18(8)28-20(12)30-26-16(10)15(9)25-29-19(11)27(17)37-41-31(21)33(23)43-44-34(24)32(22)42-38(28)48-40(30)46-36(26)35(25)45-39(29)47(37)55-49(41)51(43)57-52(44)50(42)56(48)59-54(46)53(45)58(55)60(57)59
Vlastnosti
Molární hmotnost	720,660 g/mol
Hustota	1,65 g.cm−3
Rozpustnost ve vodě	nerozpustný
Není-li uvedeno jinak, jsou použity jednotky SI a STP (25 °C, 100 kPa). Některá data mohou pocházet z datové položky.

Buckminsterfulleren je fulleren se vzorcem C₆₀. Je tvořen uzavřenou klecí ve tvaru komolého dvacetistěnu, skládá se z dvaceti šestiúhelníkových a dvanácti pětiúhelníkových stěn, tvarem připomíná fotbalový balon. Každý uhlík vytváří vazby ke třem okolním atomům uhlíku. Je to černá pevná látka rozpustná v uhlovodících za tvorby fialových roztoků. Tato sloučenina je intenzivně studována, i když zatím nemá praktickou aplikace.

Japonský chemik Eiji Osawa v 70. letech teoreticky předpověděl existenci uhlíkových klastrů a také odhadl některé jejich vlastnosti.^[1] V roce 1985 byly v hmotnostních spektrech grafitu odpařeného laserem objeveny píky odpovídající hmotnostem 720 a 840. Tyto hmotnosti odpovídají molekulám C₆₀ a C₇₀.

Objevitelé tohoto alotropu ho pojmenovali po americkém architektovi Buckminster Fullerovi, který je autorem mnoha geodetických kopulí, podobných vzhledem molekule C₆₀.^[2] Zemřel v roce 1983, rok před objevem fullerenu.^[3]

Buckminsterfulleren je nejběžnější, přirozeně se vyskytující fulleren. Malá množství je možné nalézt v sazích.^[4][5] Neutrální forma C₆₀ byla nalezena v planetárních mlhovinách^[6] a některých typech hvězd.^[7] Ionizovaná forma, C +
60 , se nachází v mezihvězdném prostředí^[8] a je původcem několika mezihvězdných absorpčních pásů.^[9]

Saze jsou produkovány laserovou ablací grafitu nebo pyrolýzou aromatických uhlovodíků. Fullereny jsou pak extrahovány organickými rozpouštědly pomocí Soxhletova extraktoru. Tímto krokem získáme roztok obsahující až 75 % C₆₀ a také dalších fullerenů. Tyto frakce jsou pak separovány pomocí chromatografických metod, nejčastěji pomocí kolonové chromatografie.

Buckminsterfulleren má tvar komolého dvacetistěnu s 60 vrcholy a 32 stranami (20 šestiúhelníkových a 12 pětiúhelníkových, kdy žádné pětiúhelníky nesdílejí vrchol).^[10] Van der Waalsův poloměr molekuly je okolo 0,55 nm. Poloměr měřený jako vzdálenost mezi jádry je pak 0,71 nm. Pozorujeme dva typy vazeb C–C, vazbu mezi uhlíky sdílenými šestiúhelníky (6–6) můžeme považovat za dvojnou a je kratší než vazba mezi uhlíky sdílenými šestiúhelníkem a pětiúhelníkem (6–5). Průměrná délka vazby je 0,14 nm. Každý atom uhlíku vytváří vazby ke třem dalším uhlíkům. Atom uhlíku v molekule C₆₀ může být substituován atomem boru nebo dusíku, za vzniku C₅₉B nebo C₅₉N.

Ortogonální projekce

Centrováno na	Vrchol	Hranu 5–6	Hranu 6–6	Šestiúhelníkovou stranu	Pětiúhelníkovou stranu
Obrázek
Četnost rotace	[2]	[2]	[2]	[6]	[10]

Fullereny jsou nerozpustné ve vodě, ale dobře se rozpouštějí v aromatických rozpouštědlech a sirouhlíku. Roztoky C₆₀ mají tmavě fialovou barvu, po odpaření vzniká hnědý zbytek. Krystalizací z některých rozpouštědel lze získat solváty, např. krystalizace z benzenu poskytuje trojklonné krystaly C₆₀·4C₆H₆.^[11]

C₆₀ podléhá šesti reversibilním, jednoelektronovým redukcím, poskytujícím C 6-
60 . Oxidace je nevratná. Chová se jako elektronově deficitní alken, např. reaguje s nukleofily.^[12]

Fluor, chlor a brom se dokáží adovat na C₆₀. Fluor je dostatečně malý, aby mohlo dojít k 1,2-adici, chlor a brom reagují 1,3- nebo 1,4-adicí. V závislosti na podmínkách reakce může docházet ke vzniku více různých derivátů. Navázání fluoru a chloru zpravidla vede ke zploštění klece C₆₀.

Roztoky C₆₀ lze oxidovat za vzniku epoxidu C₆₀O. Ozonizace C₆₀ v 1,2-xylenu poskytuje ozonid, C₆₀O₃, který se rozkládá. Termický rozklad vede ke vzniku epoxidu, zatímco fotolýzou vzniká kyslíkový můstek na 5,6-hraně.

C₆₀ vytváří komplexy podobné běžnějším alkenům. Byly popsány komplexy s molybdenem, wolframem, platinou, palladiem, iridiem a titanem. Fotochemickými reakcemi vznikají pentakarbonylové komplexy:

M(CO)₆ + C₆₀ → M(η²-C₆₀)(CO)₅ + CO (M = Mo, W)

V případě komplexu s platinou vystupuje ethylenový ligand jako odstupující skupina v termické reakci:^[13]

Pt(η²-C₂H₄)(PPh₃)₂ + C₆₀ → Pt(η²-C₆₀)(PPh₃)₂ + C₂H₄

Byly popsány i komplexy s titanocenem:

(η⁵-Cp)₂Ti(η²-(CH₃)₃SiC≡CSi(CH₃)₃) + C₆₀ → (η⁵-Cp)₂Ti(η²-C₆₀) + (CH₃)₃SiC≡CSi(CH₃)₃

Koordinačně nevysycené komplexy, jako např. Vaskův komplex, tvoří s C₆₀ adukty:

trans-Ir(CO)Cl(PPh₃)₂ + C₆₀ → Ir(CO)Cl(η²-C₆₀)(PPh₃)₂

Do fullerenové klece je možné uzavřít atomy kovu nebo malé molekuly, např. H₂ nebo H₂O. Endohedrální deriváty lze syntetizovat přídavkem kovu ke grafitu v obloukovém výboji. Složitější metodou je tzv. molekulová chirurgie, která umožňuje uzavření požadovaného atomu nebo molekuly do fullerenu pomocí sledu organických reakcí.^[14]

V tomto článku byl použit překlad textu z článku Buckminsterfullerene na anglické Wikipedii.

• Obrázky, zvuky či videa k tématu Buckminsterfulleren na Wikimedia Commons