Page 12 - No 22

modern Kémia siKertörténete

A C ciklokarbon

18
nanoszintézise

a szén a természetben többféle molekuláris formában, úgynevezett allotróp formákban található. a
gyémánt, a grafit és az amorf szén, illetőleg ennek különböző előfordulásai közismertek. A fullerének
1985 évi felfedezése óta (Harold W. Kroto, Robert F. Curl Jr. és Richard E. Smalley, kémiai Nobel-
dij 1996, Kémiai Panoráma 8. szám) sikerült előállítani szén nanocsöveket (Sumio Ijima és Toshinari
Ichihashi, 1993) és grafént (Konstantin Novoselov és Andre Geim, fizikai Nobel-dij 2010).

z alábbi ábrák mutatják be a C60 megjósolták, hogy a 4n+2 szénatomot tar-
fullerént (1a), különböző talmazó gyűrűs molekulák stabilabbak,
Akiralitású nanocső részletek mint az ugyanennyi szénatomot tartalma-
számitógépes szimulációját (1b) és egy zó lineáris láncok, amennyiben a szénato-
grafénrészletet (1c). Ezeknek az előállítása mok száma 10-nél több.
nem a szokványos kémiai szintetikus Richard E. Smalley és csoportja 1988-
módszerekkel történt, ilyen szintézist ban kimutatták hosszú lineáris szénláncú
mind a mai napig nem sikerült és gyűrűalakú szénmolekulák anionjainak
megvalósitani. A C60 előállitása lézerrel jelenlétét lézerablációs úton keltett mole- 2. ábra. A C gyűrű-molekula szerkeze-
18
keltett szénplazmából, illetve kula-nyalábokban ultraibolya ti izomerjei
makroszkópikus formában ívplazmából fotoelektron-spektroszkópia segitségével.
történik (Wolfgang Kraetchmer és Donald Méréseik igazolták Roald Hoffmann szá- nek, akik a C előállítását kísérelték meg,
18
R. Huffman, 1990), a szén nanocsöveket mításait. Míg a 2-9 szénatomos rendsze- annak jósolt stabilitása és a jól tervezhető
szintén ívplazmából állítják elő, mig a reket lineáris szerkezetűnek találták, szintézise alapján. Fontos, fundamentális
graféneket grafitfelületről történő lehá- addig a 10-29 szénatomos molekulákat kérdésként merült fel a C molekula
18
mozással, kémiai gőzfázisú lecsapással gyűrűs szerkezetűnek. kötésrendszerének természete. A C
18
vagy grafénoxidok termikus redukciójával A szerves kémiai szintézis fejlődésével molekula elképzelhető egyrészt egy
készítik. felvetődött a tisztán szénatomokból álló poliacetilén típusú elrendezésben, amely-
Már jóval a fullerének felfedezése előtt, molekulák (Cn) előállítása ismert szerke- ben C-C egyes és C C hármas kötések
1959-ben elméleti módszerekkel Kenneth zetű kiindulási anyagokból, funkciós cso- váltakoznak, másrészt egy kumulén típusú
S. Pitzer és Enrico Clementi megjósolták port átalakításokon keresztül. A szintézis elrendezésben, ahol a szénatomok C=C
hosszú lineáris láncú és gyűrű alakú szén- ugyanis lehetővé teszi az egyes molekulák kettős kötésekkel kapcsolódnak egymás-
molekulák létezését széngőzökben. tiszta formában történő előállítását, vala- hoz a molekulában (2. ábra) . Ezen túlme-
Gyűrűs szerkezetek esetén a 4n+2 szén- mint kötésrendszerük és tulajdonságaik nően felvetődött a C18 aromás jellegének
atomot tartalmazó rendszereket becsülték jellemzését. Az első szintetikus próbálko- kérdése is ami további stabilizációt adhat
stabilabbnak. Később Roald Hoffmann zások Cn típusú molekulák előállítására a gyűrűnek.
számításai ezt megerősítették, továbbá Diederich és munkatársai nevéhez fűződ- A szintetikus megközelítés kiinduló-
pontja a C olyan molekulákból való elő-
18
1. ábra. Szén nanoszerkezetek, szén allotrópok állítása volt, amelyekben a C C hármas
a: C60, b: nanocső formák, c: egy grafén lapka kötések egy része védett, C=C kettős
kötésként „maszkírozva” jelent meg. Az
ilyen módon stabilizált molekulákból a
védőcsoportok eltávolításával állhat elő a
kívánt termék. Ennek megfelelően vizs-
gálták a C egy maszkírozott származékát
18
(3. ábra 1), amely magas hőmérsékleten

12 22. szám, 2020. évfolyam 2. szám Kémiai panoráma