1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Журнал физической химии
  4. T. 97, № 9, 2023

Журнал физической химии, 2023, T. 97, № 9, стр. 1297-1311

Гидрирование S6-C60(CF3)12

Н. А. Романова a, *, В. Ю. Марков a, А. А. Горюнков a

a Химический факультет МГУ имени М.В. Ломоносова
119991 Москва, Россия

* E-mail: natroman1987@yandex.ru

Поступила в редакцию 30.03.2023
После доработки 03.04.2023
Принята к публикации 07.04.2023

Аннотация

Мы сообщаем о первых результатах гидрирования S6-симметричного трифторметилфуллерена C60(CF3)12 в двух типах реакций: (1) высокотемпературного радикального гидрирования 9,10-дигидроантраценом и (2) нуклеофильного гидрирования тетраборгидридом натрия в мягких условиях. Высокотемпературное радикальное гидрирование S6-C60(CF3)12 сопровождается частичным отрывом групп CF3 и приводит к образованию сложной смеси продуктов состава C60(CF3)8–12H18–22, а при гидрировании NaBH4 в мягких условиях масс-спектрометрически зафиксировано селективное образование гидрида C60(CF3)12H12. Выполнен кинетический анализ процесса последовательного нуклеофильного гидрирования S6-C60(CF3)12 в предположении наличия линейной корреляции между энергией активации и энтальпией однотипных элементарных стадий с использованием квантово-химического моделирования на уровне теории функционала плотности. Предсказан изомерный состав в ряду анионных интермедиатов C60(CF3)12H$_{{_{{2n--1}}}}^{ - }$ и продуктов их протонирования C60(CF3)12H2n, где n = 1–6. Показано, что гидрирование S6-C60(CF3)12 должно приводить к образованию термодинамически и кинетически наиболее устойчивого продукта орто-S6-C60(CF3)12H12, в котором все атомы водорода расположены в соседних позициях около групп CF3, формируя вместе с ними околоэкваториальный пояс из 24 аддендов при сохранении трифениленовых фрагментов на двух противоположных полюсах. Средняя энергия диссоциации связи, BDE(C–H) в орто-S6-C60(CF3)12H12 составляет 298 кДж моль–1, что примерно на 20 кДж моль–1 выше величины BDE(C–H) известных гидридов фуллерена C60H18 и C60H36 (PBE0/def2-SVP).

Ключевые слова: фуллерен, гидрирование, перенос атома водорода, нуклеофильное гидрирование, трифторметил, теория функционала плотности, корреляционные уравнения, линейные соотношения свободных энергий, энергия диссоциации связи, наноуглерод, наносферы

Список литературы

  1. Гольдшлегер Н.Ф., Моравский А.П. // Успехи химии. 1997. Т. 66. № 4. С. 353.

  2. Nossal J., Saini R.K., Alemany L.B. et al. // Eur. J. Org. Chem. 2001. P. 4167.

  3. Taylor R. // J. Fluorine Chem. 2004. V. 125. P. 359.

  4. Горюнков А.А., Овчинникова Н.С., Трушков И.В. и др. // Успехи химии. 2007. Т. 76. С. 323.

  5. Troyanov S.I., Kemnitz E. // Curr. Org. Chem. 2012. V. 16. P. 1060.

  6. Troyanov S.I., Dimitrov A., Kemnitz E. // Angew. Chem. Int. Ed. 2006. V. 45. P. 1971.

  7. Troyanov S.I., Kemnitz E. // Mendeleev Commun. 2008. V. 18. P. 27.

  8. Berseth P.A., Harter A.G., Zidan R. et al. // Nano Lett. 2009. V. 9. № 4. P. 1501.

  9. Scheicher R.H., Li S., Araujo C.M. et al. // Nanotechnology. 2011. V. 22. № 33. P. 335401.

  10. Броцман В.А., Луконина Н.С., Горюнков А.А. // Изв. АН. Сер. хим. 2023. Т. 72. № 1. С. 20.

  11. Rybalchenko A.V., Magdesieva T.V., Brotsman V.A. et al. // Electrochim. Acta. 2015. V. 174. P. 143.

  12. Bogdanov V.P., Semivrazhskaya O.O., Belov N.M. et al. // Chem. Eur. J. 2016. V. 22. P. 15485.

  13. Brotsman V.A., Bogdanov V.P., Rybalchenko A.V. et al. // Chem. Asian J. 2016. V. 11. № 13. P. 1945.

  14. Powell W.H., Cozzi F., Moss G.P. et al. // Pure Appl. Chem. 2002. V. 74. P. 629.

  15. Duan Y.Y., Shi L., Sun L.Q. et al. // Int. J. Thermophys. 2000. V. 21 (2). P. 393.

  16. Banfi L., Narisano E., Riva R. et al. // Encyclopedia of Reagents for Organic Synthesis. Chichester, UK: John Wiley & Sons, Ltd, 2014. P. 1.

  17. Rackers J.A., Wang Z., Lu C. et al. // J. Chem. Theory Comput. 2018. V. 14. № 10. P. 5273.

  18. Granovsky A.A. Firefly v. 8.2.0 (Formerly PC GAMESS). 2016. http://classic.chem.msu.su/gran/firefly/index.html

  19. Schmidt M.W., Baldridge K.K., Boatz J.A. et al. // J. Comput. Chem. 1993. V. 14. № 11. P. 1347.

  20. Laikov D.N. // Chem. Phys. Lett. 1997. V. 281. P. 151.

  21. Perdew J.P., Burke K., Ernzerhof M. // Phys. Rev. Lett. 1996. V. 77. P. 3865.

  22. Adamo C., Barone V. // J. Chem. Phys. 1999. V. 110. № 13. P. 6158.

  23. Weigend F., Ahlrichs R. // Phys. Chem. Chem. Phys. 2005. V. 7. P. 3297.

  24. Ignat’eva D.V., Goryunkov A.A., Ioffe I.N. et al. // J. Phys. Chem. A. 2013. V. 117. P. 13009.

  25. Romanova N.A., Papina T.S., Luk’yanova V.A. et al. // J. Chem. Thermodyn. 2013. V. 66. P. 59.

  26. Tebbe F.N., Harlow R.L., Chase D.B. et al. // Science. 1992. V. 256. P. 822.

  27. Pimenova S.M., Melkhanova S.V., Kolesov V.P. et al. // J. Phys. Chem. B. 2002. V. 106. P. 2127.

  28. Papina T., Luk’yanova V., Troyanov S. et al. // Russ. J. Phys. Chem. A. 2007. V. 81. P. 159.

  29. Rüchardt C., Gerst M., Ebenhoch J. et al. // Angew. Chem. Int. Ed. 1993. V. 32. P. 584.

  30. Darwish A.D., Avent A.G., Taylor R. et al. // J. Chem. Soc., Perkin Trans. 2. 1996. P. 2051.

  31. Gakh A.A., Romanovich A.Y., Bax A. // J. Am. Chem. Soc. 2003. V. 125. № 26. P. 7902.

  32. Rüchardt C., Gerst M., Nölke M. // Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 1992. V. 31. № 11. P. 1523.

  33. Wang G.-W., Li Y.-J., Li F.-B. et al. // Lett. Org. Chem. 2005. V. 2. P. 595.

  34. Markov V.Y., Borschevsky A.Y., Sidorov L.N. // Int. J. Mass Spectrom. 2012. V. 325–327. P. 100.

  35. Khatymov R.V., Markov V.Y., Tuktarov R.F. et al. // Ibid. 2008. V. 272. P. 119.

  36. Khatymov R.V., Tuktarov R.F., Markov V.Y. et al. // JETP Letters. 2013. V. 96. P. 659.

  37. Romanova N.A., Tamm N.B., Markov V.Y. et al. // Mendeleev Commun. 2012. V.22. P. 297.

  38. Kosaya M.P., Yankova T.S., Rybalchenko A.V. et al. // J. Phys. Chem. A. 2021. V. 125. P. 7876.

  39. Lavrent'eva O.N., Romanova N.A. // Abstracts of Invited Lectures & Contributed Papers. St. Petersburg, Russia, 2015. P. 77.

  40. Çelikkan H., Şahin M., Aksu M.L. et al. // Int. J. Hydrog. Energy. 2007. V. 32. № 5. P. 588.

  41. Spielmann H.P., Wang G.-W., Meier M.S. et al. // J. Org. Chem. 1998. V. 63. P. 9865.

  42. Spielmann H.P., Weedon B.R., Meier M.S. // Ibid. 2000. V. 65. P. 2755.

  43. Clare B.W., Kepert D.L. // J. Mol. Struct. Theochem. 1994. V. 315. P. 71.

  44. Clare B.W., Kepert D.L. // Ibid. 2003. V. 621. P. 211.

  45. Clare B.W., Kepert D.L. // Ibid. 2003. V. 622. P. 185.

  46. Kepert D.L., Clare B.W. // Coord. Chem. Rev. 1996. V. 155. P. 1.

  47. Clare B.W., Kepert D.L. // J. Mol. Struct. Theochem. 1994. V. 303. P. 1.

  48. Boltalina O.V., Markov V.Y., Taylor R. et al. // Chem. Commun. 1996. V. 22. P. 2549.

  49. Clare B.W., Kepert D.L. // J. Mol. Struct. 2001. V. 536. P. 99.

  50. Boltalina O.V., Markov V.Y., Troshin P.A., et al. // Angew. Chem. Int. Ed. 2001. V. 40. № 4. P. 787.

  51. Popov A.A., Goryunkov A.A., Goldt I.V. et al. // J. Phys. Chem. A. 2004. V. 108. P. 11449.

  52. Shustova N.B., Mazej Z., Chen Y.-S. et al. // Angew. Chem. Int. J. 2010. V. 49. P. 812.

  53. Boltalina O.V., Goryunkov A.A., Markov V.Y. et al. // Int. J. Mass Spectrom. 2003. V. 228. P. 807.

  54. Lier G.V., Cases M., Ewels C.P. et al. // J. Org. Chem. 2005. V. 70. P. 1565.

  55. Ewels C.P., Van Lier G., Geerlings P. et al. // J. Chem. Inf. Model. 2007. V. 47. № 6. P. 2208.

  56. Dorozhkin E.I., Ignat’eva D.V., Tamm N.B. et al. // Chem. Eur. J. 2006. V. 12. P. 3876.

  57. Dorozhkin E.I., Goryunkov A.A., Ioffe I.N. et al. // Eur. J. Org. Chem. 2007. P. 5082.

  58. Belov N.M., Apenova M.G., Rybalchenko A.V. et al. // Chem. Eur. J. 2014. V. 20. P. 1126.

  59. Tamm N.B., Fritz M.A., Romanova N.A. et al. // ChemistrySelect. 2022. V. 7. № 44. https://doi.org/10.1002/slct.202202214

  60. Tamm N.B., Fritz M.A., Romanova N.A. et al. // ChemistrySelect. 2022. V. 7. № 19. https://doi.org/10.1002/slct.202200968

  61. Романова Н.А., Фритц М.А., Чанг К. и др. // Изв. АН. Сер. хим. 2014. P. 2657.

  62. Romanova N.A., Fritz M.A., Chang K. et al. // Chem. Eur. J. 2013. V. 19. P. 11707.

  63. Troyanov S.I., Goryunkov A.A., Dorozhkin E.I. et al. // J. Fluor. Chem. 2007. V. 128. P. 545.

  64. Samokhvalova N.A., Khavrel P.A., Markov V.Y. et al. // Eur. J. Org. Chem. 2009. P. 2935.

  65. Kosaya M.P., Rybalchenko A.V., Lukonina N.S. et al. // Chem. Asian J. 2018. V. 13. № 15. P. 1920.

  66. Khavrel P.A., Serov M.G., Petukhova G.G. et al. // J. Fluor. Chem. 2020. P. 109598.

  67. Apenova M.G., Semivrazhskaya O.O., Borkovskaya E.V. et al. // Chem. Asian J. 2015. V. 10. P. 1370.

  68. Ovchinnikova N.S., Goryunkov A.A., Khavrel P.A. et al. // Dalton Trans. 2011. V. 40. P. 959.

  69. Wigfield D.C. // Tetrahedron. 1979. V. 35. № 4. P. 449.

  70. Bergosh R.G., Meier M.S., Laske Cooke J.A. et al. // J. Org. Chem. 1997. V. 62. P. 7667.

Дополнительные материалы

скачать ESM.docx
Приложение 1.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Журнал физической химии

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал