Википедия

Додекаэдран

Додекаэдран представляет собой химическое соединение (C20H20), впервые синтезированное Лео Паке из Университета штата Огайо в 1982 году. В нём водород присоединен к додекаэдрическому каркасу из углерода. Это самый простой углеводород с полной икосаэдрической симметрией.

Додекаэдран
Изображение химической структуры

Изображение молекулярной модели
Общие
Хим. формула C20H20
Физические свойства
Состояние твёрдое
Молярная масса 260,378‬ г/моль
Плотность 1,434 г/см³
Термические свойства
Температура
 • плавления 430 °C
Классификация
Рег. номер CAS 4493-23-6
PubChem 123218
SMILES
InChI
ChEBI 33013
ChemSpider 109833
Приведены данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иное.
Логотип Викисклада Медиафайлы на Викискладе

В молекуле каждая вершина представляет собой атом углерода, который связывается с тремя соседними атомами углерода. Угол 108 ° каждого регулярного пятиугольника близок к идеальному углу соединения 109,5 ° для sp3 гибридизованного атома. Каждый атом углерода также связан с атомом водорода. Молекула, как и фуллерен, имеет Ih-симметрию, о чём свидетельствует её протон-ЯМР-спектр, в котором все атомы водорода появляются при одном химическом сдвиге 3,38 м.д. Додекаэдран является одним из платоновых углеводородов наряду с кубаном и тетраэдраном, и не встречается в природе.

История править

На протяжении более 30 лет несколько исследовательских групп активно занимались полным синтезом додекаэдра. В обзорной статье, опубликованной в 1978 году, описаны различные стратегии, существовавшие до этого времени[1]. Первая попытка была начата в 1964 году Р. Б. Вудвордом с синтеза соединения трихинацена, который, как считалось, мог просто димеризоваться в додекаэдран. В гонке также участвовали другие группы, например, Филиппа Итона и Поля фон Рагуэ Шлейера.

Группа Лео Пакетта в Университете штата Огайо первой добилась успеха благодаря сложному маршруту из 29 шагов, который в основном строит додекаэдральный скелет по одному кольцу за раз, и, наконец, закрывает последнюю дыру[2].

В 1987 году группа Хорста Принцбаха нашла более универсальный альтернативный путь синтеза[3][4]. Шлейер придерживался аналогичного подхода в своем синтезе адамантана.

Следуя этой идее, совместные усилия команды Принцбаха и группы Шлейера увенчались успехом, но в лучшем случае получили только 8 % выход конечного продукта за все этапы. В последующее десятилетие группа значительно оптимизировала этот путь, чтобы додекаэдран можно было получать в мультиграммовых количествах. Новый маршрут также облегчил получение производных с выбранными заменами и ненасыщенными углерод-углеродными связями. Двумя существенными событиями были открытие σ-бисомароароматичности[5] и образование фуллерена из высокобромированных видов додекаэдрана.

 
Оптимизированный путь синтеза додекаэдрана

Применение править

Каркас молекулы додекаэдрана образует замкнутую клетку, благодаря чему есть возможность инкапсулировать[англ.] небольшие молекулы или атомы в пустоте внутри. Эти вставки не связаны химически с каркасом, а просто механически захвачены.

В 1999 году Кроссу, Сондерсу и Принцбаху удалось инкапсулировать атомы гелия в, стреляя ионами He+ в пленку из додекаэдрана. Они получили микрограммое количество He@C20H20 (где «@» — стандартное обозначение для инкапсуляции), которое они описали как довольно стабильное вещество[6]. Молекула была описана как «самый маленький гелиевый шар в мире»[7].

Примечания править

  1. ↑ Philip E. Eaton. Towards dodecahedrane (англ.) // Tetrahedron. — 1979-01. — Vol. 35, iss. 19. — P. 2189–2223. — doi:10.1016/0040-4020(79)80114-3. Архивировано 4 июня 2020 года.
  2. ↑ Robert J. Ternansky, Douglas W. Balogh, Leo A. Paquette. Dodecahedrane (англ.) // Journal of the American Chemical Society. — 1982-08. — Vol. 104, iss. 16. — P. 4503–4504. — ISSN 0002-7863. — doi:10.1021/ja00380a040. Архивировано 6 мая 2021 года.
  3. ↑ Wolf-Dieter Fessner, Bulusu A. R. C. Murty, Horst Prinzbach. The Pagodane Route to Dodecahedranes—Thermal, Reductive, and Oxidative Transformations of Pagodanes (англ.) // Angewandte Chemie International Edition in English. — 1987-05. — Vol. 26, iss. 5. — P. 451–452. — ISSN 1521-3773 0570-0833, 1521-3773. — doi:10.1002/anie.198704511.
  4. ↑ Wolf-Dieter Fessner, Bulusu A. R. C. Murty, Jürgen Wörth, Dieter Hunkler, Hans Fritz. Dodecahedranes from[1.1.1.1Pagodanes] (англ.) // Angewandte Chemie International Edition in English. — 1987-05. — Vol. 26, iss. 5. — P. 452–454. — ISSN 1521-3773 0570-0833, 1521-3773. — doi:10.1002/anie.198704521.
  5. ↑ G. K. Surya. Prakash, V. V. Krishnamurthy, Rainer. Herges, Robert. Bau, Hanna. Yuan. Stable carbocations. 273. [1.1.1.1- and [2.2.1.1]Pagodane dications: frozen two-electron Woodward-Hoffmann transition-state models] (англ.) // Journal of the American Chemical Society. — 1988-11. — Vol. 110, iss. 23. — P. 7764–7772. — ISSN 0002-7863. — doi:10.1021/ja00231a029. Архивировано 2 июня 2020 года.
  6. ↑ Putting Helium Inside Dodecahedrane | Organic Letters. Дата обращения: 7 апреля 2023. Архивировано 7 апреля 2023 года.
  7. ↑ Putz, Mihai V. 4 // Sustainable Nanosystems Development, Properties, and Applications / Putz, Mihai V., Mirica, Marius Constantin. — IGI Global, 2016. — P. 124. — ISBN 978-1-5225-0493-1.

Литература править

  1. Линдберг, Томас (2012-12-02). Стратегии и тактики в органическом синтезе. ISBN 9780323152938.
  2. Putz, Mihai V .; Мирица, Мариус Константин (2016). «4». Устойчивое развитие наносистем, свойства и применение. IGI Global. п. 124. ISBN 978-1-5225-0493-1.
  3. Вебер Д. С., Пакетт Л. А. Синтез аминозамещенных додекаэдров, секододекаэдров и гомододекаэдров и их противовирусное отношение к 1-аминоадамантану. J. Org. Химреагент 1988; 53 (22): 5315-5320. doi: 10.1021 / jo00257a021
Источник — https://ru.wikipedia.org/w/index.php?title=Додекаэдран&oldid=132384820