Fullereny jsou velice zajímavé molekuly, mimo jiné umožňují izolaci zajímavých molekul a iontů uvnitř klece. Lze tak získat pozorovat i vazby mezi kovy, které by mimo fulleren nebyly stabilní. Nový článek v Chemical Communications se věnuje právě těmto derivátům.
Fullereny – molekuly tvořené pěti- a šestičlennými uhlíkovými cykly, které jsou uspořádány do kulového nebo elipsoidního tvaru.
Chemická vazba – silová interakce, která k sobě poutá atomy v molekulách a iontech.
Spinový quibit – základní jednotka kvantové informace (kvantový bit), na rozdíl od klasického bitu nemá pouze dvě hodnoty 0 a 1, ale může se dostat i do stavu, který odpovídá superpozici těchto stavů.
Chemická vazba je pro chemiky velice důležitý pojem, co se týče vazby mezi atomy kovů, známe mnoho různých typů, od poměrně slabých, až po vysoké vazebné řády, např. čtvernou vazbu mezi atomy chromu v octanu chromnatém nebo šesternou vazbu v molekulách Mo2 a W2.
Informací o vazbách mezi přechodnými kovy máme poměrně dost, slabší je to ale u lanthanoidů a aktinoidů a zde mohou být fullereny velmi užitečné.
Fullereny jsou z chemického hlediska velice zajímavé látky, patří mezi alotropické modifikace uhlíku. Známe od nich dva typy derivátů, exohedrální, kdy dochází k navázání atomu nebo skupiny atomů na klec fullerenu a endohedrální, kdy dochází k umístění atomu, molekuly nebo iontu dovnitř klece, např. H2O@C60.
Hlavní důvody proč jsou fullereny užitečné pro studium exotických vazebných poměrů mezi atomy kovu jsou dva:
- stísněný prostor, který umožňuje izolaci nestabilních částic
- nabitá klec fullerenu pomáhá stabilizovat tyto nestabilní částice
Teoreticky (pomocí DFT výpočtů) byl studován i derivát obsahující kation [U2]6+ uzavřený v buckminsterfullerenu, U2@C60. Mezi atomy uranu byla popsána násobná vazba tvořená 5f orbitaly uranu.[2]
V článku jsou diskutovány tři typy endohedrálních metallofullerenů:
- Homonukleární dimetallofullereny, např. Er2@C82; Dy2@C82
- Heteronukleární dimetallofullereny, např. ScY@C82; LaTi@C82; ThDy@C80
- Trimetallofullereny, tyto jsou oproti předchozím dvěma skupinám vzácné a připravují se poměrně obtížně. Patří sem např. Tb2Ni@C82 nebo deriváty s karbidy, např. Er3C2@C80
Tyto deriváty se nejčastěji připravují pomocí obloukového výboje a následné separace produktů pomocí HPLC.
Kromě základního výzkumu, jsou tyto látky zajímavé i jako molekulární magnety (SMM – Single Molecule Magnets) a potenciálně mohou najít využití i v kvantových počítačích, lze je využít jako molekulární spinové qubity.