Цикло [ п углерода] представляет собой химическое соединение , состоящее только из числа п атомов углерода , ковалентно связанных в кольце . Поскольку соединения состоят только из атомов углерода, они являются аллотропами углерода . Возможные схемы связывания включают все двойные связи (циклический кумулен ) или чередующиеся одинарные и тройные связи (циклический полиин ). [1] [2] [3]
По состоянию на 2020 год единственным синтезированным циклоуглеродом является цикло [18] углерод .
Цикло [6] углерод [ править ]
(Гипотетический) шестиуглеродный член этого семейства (C 6 ) также называют бензотриином .
Цикло [18] углерод [ править ]
Наименьший цикло [ n ] углерод, по прогнозам термодинамически стабильный, - это C 18 с расчетной энергией деформации 72 килокалории на моль. [1] [3] Команда IBM / Oxford заявила о синтезе своих молекул в твердом состоянии в 2019 году: [4]
По мнению этих исследователей IBM, синтезированный циклоуглерод имеет чередующиеся тройные и одинарные связи, а не состоит полностью из двойных связей. Предположительно это делает эту молекулу полупроводником . [5]
Большой цикло [n] углерод [ править ]
Seenithurai & Chai 2020 обнаружили, что более крупные цикло [n] углеродные атомы [до 100 углеродных атомов] проявляют полирадикальный характер и сообщают о линейных углеродных цепях (l-CC [n]), а также о циклической углеродной цепи или цикло [n] углероде (c- CC [n]), где n = 10-100. [6] Для всех исследованных случаев l -CC [ n ] и c -CC [ n ] являются синглетами основного состояния, а c -CC [ n ] энергетически более стабильны, чем l -CC [ n ]. Электронные свойства l -CC [ n ] и c -CC [ n ] демонстрируют специфические модели колебаний для меньших значений n.с последующими монотонными изменениями для больших значений n . Для углеродных цепочек меньшего размера l -CC [ n ] с нечетными номерами более стабильны, чем соседние цепочки с четными номерами, а c -CC [4 m + 2 ] / c -CC [4 m ] (где m положительные целые числа ) более / менее стабильны, чем соседние нечетные. С увеличением n , l -CC [ n ] и c -CC [ n ] приобретают возрастающую полирадикальную природу в своих основных состояниях, при этом активные орбитали делокализованы по всей длине l -CC [ n] или вся окружность c -CC [ n ]. [6]
На основании результатов TAO-LDA меньшие c -CC [n] (до = 22, где m - положительные целые числа) обладают нерадикальной природой и значительными синглетно-триплетными энергетическими щелями (например, более 20 ккал / моль). Ввиду их высокой стабильности можно ожидать, что эти относительно стабильные циклические углеродные цепи, такие как c- CC [10], c -CC [14], c -CC [18] и c -CC [22], вероятно, будут синтезированы в ближайшем будущем. [6] Среди них c -CC [18] (т.е. цикло [18] углерод) был недавно синтезирован командой IBM / Oxford в 2019 году. [4]
Ссылки [ править ]
- ^ а б Джордж А. Адамсон; Чарльз В. Рис (1996). «На пути к полному синтезу цикло [ n ] углеродов и производству цикло [6] углерода». J. Chem. Soc., Perkin Trans. 1 (13): 1535–1543. DOI : 10.1039 / P19960001535 .
- ^ Ив Рубин; Кэролайн Б. Ноблер; Франсуа Дидерих (1990). «Предшественники цикло [n] углеродов: от 3,4-диалкинил-3-циклобутен-1,2-дионов и 3,4-диалкинил-3-циклобутен-1,2-диолов до циклобутенодегидроаннуленов и высших оксидов углерода» . Варенье. Chem. Soc . 112 (4): 1607–1617. DOI : 10.1021 / ja00160a047 .
- ^ a b Франсуа Дидерих; Ив Рубин; Кэролайн Б. Ноблер; Роберт Л. Веттен; Кеннет Э. Шрайвер; Кендалл Н. Хоук; И Ли (8 сентября 1989 г.). «Полностью углеродные молекулы: свидетельства образования цикло [18] углерода из стабильного органического предшественника». Наука . 245 (4922): 1088–1090. Bibcode : 1989Sci ... 245.1088D . DOI : 10.1126 / science.245.4922.1088 . PMID 17838807 .
- ^ a b Кайзер, Катарина (15 августа 2019 г.). «Sp-гибридизованный молекулярный аллотроп углерода, цикло [18] углерод». Наука . 365 (6459): 1299–1301. arXiv : 1908.05904 . DOI : 10.1126 / science.aay1914 . PMID 31416933 .
- ↑ Кастельвекки, Давиде (15 августа 2019 г.). «Химики сделали первое в мире кольцо из чистого углерода» . Природа . 572 (7770): 426. DOI : 10.1038 / d41586-019-02473-Z .
- ^ a b c Сеэнитурай, Сонай; Чай, Дженг-Да (4 августа 2020 г.). «TAO-DFT исследование электронных свойств линейных и циклических углеродных цепочек» . Научные отчеты . 10 (1): 1–13. DOI : 10.1038 / s41598-020-70023-Z .
