Химия фуллеренов и их производных

Рентгеноструктурные исследования

Основные направления исследований:
структурные исследования производных фуллеренов

Объекты исследований:
Хлор-, бром- и фторпроизводные фуллеренов C₆₀ и C₇₀, а также CF₂-, CF₃- и C₂F₅-производные.

Методы исследования:
Рентгеноструктурный анализ, синхротронное излучение, нейтронография

Применяемая аппаратура:

Монокристальный дифрактометр с двухкоординатным детектором IPDS (Stoe) (MoK_α-излучение, графитовый монохроматор, λ = 0.71073 Å)

Синхротрон «BESSY», пучок BL14.2 (λ=0.9100 Å) (Берлин, Германия)

Достигнутые результаты:

Объектами исследований д.х.н. С.И. Троянова являются многочисленные производные фуллеренов, содержащие в своем составе различные заместители – в основном, атомы галогенов. К этим соединениям относятся, в частности, фтор-, хлор- и бромпроизводные фуллеренов C₆₀ и C₇₀, а также соединения, содержащие в своем составе перфторалкилированные группы, такие как CF₃, CF₂ и C₂F₅.

Особенности строения производных фуллеренов таковы, что для данных соединений существует множество изомеров, различающихся расположением заместителей (атомов или функциональных групп) на поверхности фуллеренового каркаса. Поэтому "классические" методы установления структуры, используемые в органической химии (ИК- и ЯМР-спектроскопия) в данном случае не всегда могут дать желаемый результат. Таким образом, в настоящее время рентгеноструктурный анализ является единственным методом, позволяющим достоверно установить расположение заместителей на фуллереновой сфере.

С помощью рентгеноструктурного метода исследований были установлены структуры многих хлорпроизводных фуллеренов, впервые синтезированных в нашей лаборатории. Впервые были получены рентгеновские структуры фторфуллеренов, не содержащих молекул растворителя, а также бромидов фуллерена C₇₀. В последнее время интересные данные получены по структурам CF₃- и C₂F₅-производных фуллеренов. Следует отметить, что помимо обычных приборов рентгеновского анализа, проводится также работа с использованием синхротронного излучения (синхротрон "BESSY", лаборатория PSF, Freie Universitat, Берлин). Это позволяет получать структуры соединений, получаемых в небольших количествах и кристаллы которых имеют размеры, недостаточные для изучения обычным рентгеноструктурным методом. 

В ряде случаев для изучения структур галогенфуллеренов и их сольватов использовался метод дифракции нейтронов. Так, были уточнены кристаллографические данные для таких соединений, как C₆₀Br₆·0.5PhCl·0.5Br₂ , C₆₀Br₈·TiBr₄·Br₂ , C₆₀Br₂₄·Br₂ и C₆₀Cl₂₄·TiCl₄.

В качестве обзорных работ, посвященных изучению фуллеренов и их производных методом рентгеноструктурного анализа, можно привести следующие публикации:

1) С.И. Троянов, Н.Б. Шустова, А.А. Попов, Л.Н. Сидоров. "Синтез и строение хлоридов фуллерена C₆₀". Известия Академии Наук, Серия химическая, 2005, 1608-1618.

2) П.А. Трошин, Э. Кемниц, С.И. Троянов. "Основные закономерности реакций фуллерена C₆₀ с бромом. Кристаллическое строение бромофуллеренов C₆₀Br₆, C₆₀Br₆·CS₂, C₆₀Br₈·CHBr₃·2Br₂ и C₆₀Br₂₄·C₆H₄Cl₂·Br₂".  Известия Академии Наук, Серия химическая, 2004, 2675-2680.

3)  S.I. Troyanov, E. Kemnitz. "Synthesis and Structures of Fullerene Bromides and Chlorides". Eur. J. Org. Chem., 2005, 4951-4962.