Fullereny jsou kulovité allotropy uhlíku. Do jejich vnitřní kavity lze uzavřít molekuly a tím získat tzv. endohedrální deriváty,
Voda v běžném stavu existuje ve formě molekul H2O, které jsou provázány vodíkovými vazbami (tvoří složitější klastry), čímž získává své charakteristické vlastnosti. Pokud ale tuto molekulu izolujeme od dalších molekul vody, tyto interakce zrušíme. Sférická molekula fulerenu C60 má průměr vnitřní kavity 3,7 Å, což se velmi dobře hodí pro uzavření jedné molekuly vody.
Možností jak připravit endohedrální deriváty fullerenů je několik, o jednom způsobu jsem psal již dřív. Pro uzavření vody do klece je výhodný postup, který je po syntetické stránce asi nejsložitější. Jedná se o mnoha krokovou syntézu, která začíná otevřením klece fulerenu, vložením molekuly vody a opětovným uzavřením klece, aniž by došlo k úniku vody. Tento postup byl optimalizován tak, že poskytuje makroskopické množství produktu.
Klec byla otevřena fotochemickým rozštěpením jedné C-C vazby, na diketon. Předtím bylo nutné provést reakci s pyridazinem. Vzniklý produkt byl stabilizován reakcí s N-methylmorpholin-N-oxidem a chromatograficky vyčištěn. Získaná molekula byla charakterizována pomocí RTG. Otvor do klece původního fulerenu je tvořen 16-členým kruhem se čtyřmi karbonylovými atomy. Tato látka se velmi snadno hydratuje. Poté byla do klece zavedena voda pomocí roztoku vody v toluenu, který působil na látku za zvýšeného tlaku a teploty (9000 atm, 120 °C, 36 hodin).
Dalším krokem byla redukce karbonylových skupin pomocí triisopropylfosfitu a na závěr bylo nutné odstranit naadovaný zbytek z pyridazinu, to bylo provedeno zahříváním směsi látky s neutrální aluminou na teplotu 360 °C po dobu 1 hodiny ve vakuu. Konečný produkt, H2O@C60 byl izolován s výtěžkem 29 % po přečištění pomocí gelové chromatografie.
Zajímavé byly výsledky NMR analýzy připraveného derivátu fullerenu. Jako rozpouštědlo byl využit o-dichlorbenzen-d4 (ODCB). V 1H NMR je ostrý signál o posunu -4,81 ppm. Roztok vody v ODCB má posun 1,39 ppm. Rozdíl chemických posunů činí 6,2 ppm, což odpovídá analogickým endohedrálním derivátům. 13C NMR ukázalo posun signálu C60 z 142,78 ppm na 142,89 ppm.
Připravený derivát H2O@C60 je ideální sloučeninou pro studium vlastností izolovaných molekul vody. Brzy snad zveřejním článek, který bude na tento navazovat.
One Reply to “Derivát fullerenu H2O@C60”