Углеродные звезды

Перед вами «наносозвездие» из углеродных звезд. Любая из них представляет собой звездчатый n-угольник из одних только атомов углерода. В каждой звезде их 3n. Наружная вершина каждой звезды состоит из двух атомов, связанных между собой двойной связью. В изображенной проекции эти пары атомов лежат точно друг над другом (кроме пятиконечной звезды), поэтому мы видим их в вершине звездного луча, словно там один атом. Луч каждой звезды представляет собой клинообразную бициклическую структуру с углеродным скелетом из четырех атомов (рис. 1).

1. Углеродный скелет луча углеродной звезды — бицикло[1.1.0]бут-1(3)-ен

Молекула бицикла весьма напряжена, но существовать может. При соединении таких фрагментов в цепочку со спироатомами (то есть с одним общим углеродным атомом для двух соседних бициклов) странным образом получается выгодной такая структура, у которой каждый спироатом имеет пирамидальную структуру (а не тетраэдрическую, как обычно), причем все спироатомы лежат в одной плоскости. В результате стабильным оказывается зигзаг, показанный на рис. 2 (оптимизация геометрии методом молекулярной механики ММ+).

2. Пентаспироструктура. «Усики» на концах — атомы водорода

Если концы цепочки из бициклов замкнуть в макроцикл и оптимизировать его геометрию, получится углеродная звезда. Наиболее правильные звезды (с математической точки зрения) имеют от шести до 12 лучей, у остальных расположение спироатомов углерода в одной плоскости нарушается, и макроциклы теряют свою привлекательность.

Вероятно, углеродные звезды можно будет стабилизировать с помощью атомов металлов, помещенных в середину макроцикла.

Шаростержневая модель семилучевой углеродной звезды

Доктор химических наук
М.Ю. Корнилов