Фуллерен в фуллерене

В былые времена китайские и индийские резчики по слоновой кости демонстрировали фантастическое мастерство, создавая из одного куска кости ажурные, вложенные друг в друга шары. Нынешние умельцы вытачивают их на токарном станке, о чем можно прочитать в заметке «Додекаэдр в шаре» («Наука и жизнь» 1981, № 9) или в более современной заметке Ф. Маликова «Шар в шаре, кольцо в кольце». Вот как выглядит шар в шаре, изготовленный из слоновой кости неизвестным китайским мастером XIX века и выставленный в одном из музеев Якутии (на иллюстрации — справа; журнал «Илин», 1997, № 1–2).

В наше время на смену слоновой кости пришел углерод в его фуллереновом проявлении. В журнале «В мире науки» № 12 за 1991 год была напечатана статья лауреатов Нобелевской премии Р.Ф. Керла и Р.Э. Смолли «Фуллерены», которая сопровождалась красочными изображениями нескольких гигантских фуллеренов (то есть С₁₈₀, С₂₄₀, С₃₂₀ и т. д.), вложенных наподобие матрешки друг в друга. Надо отметить, что гигантские фуллерены теряют сферическую структуру, все больше и больше приближаясь по очертаниям к угловатому двадцатиграннику икосаэдру (см. заметку «Фуллерен — 2000» в журнале «Химия и жизнь» 2000 №10).

Но углерод неисчерпаем в своих проявлениях. Вообразим себе вместо наглухо закрытых граней классических фуллеренов ажурные структуры так называемых карбофуллеренов, которые можно нарисовать или собрать с помощью химического конструктора, заменяя связи С–С и С=С в кекулевских структурах фуллерена С₆₀ на ацетиленовые (–С≡С–)_n и кумуленовые (=С=С=)_n фрагменты. Структура карбофуллеренов любого размера приближается к сферической.

Вот что получится, если такие ажурные карбофуллерены С_60(1+3n), n=1–5, вложить друг в друга, да еще в центр поместить родоначальника — фуллерен С₆₀.

Чем не китайский шар в шаре? Только вот изготовить такую штуку не с помощью конструктора (хотя и это не так-то просто), а из реального углерода, наверное, пока не возьмется никто. Предлагаем читателю полюбоваться этими картинками в надежде, что они натолкнут его на новые идеи.

Вот одна из них. У гигантских карбофуллеренов столь ажурные молекулы, что их можно не только вкладывать друг в друга, но и сцеплять, продевая один фуллерен через другой, например так:

и даже создавать цепочки вроде такой.

Доктор химических наук
М.Ю. Корнилов