Вестник Кольского научного центра РАН. 2016, №4.

Д. Г. Степенщиков, Ю. Л. Войтеховский связей (простых и двойных), пентагоны в фуллерене не смежны друг с другом. Такие IPR- фуллерены (от Isolated Pentagon Rule) считаются более стабильными [4] и рассматриваются в подавляющем числе работ. Обратного следствия нет — IPR-фуллерены не запрещают двойных связей в пентагонах. Другое правило требует, чтобы расположение связей не понижало симметрию углеродной решетки молекулы [5]. Соответственно, некоторые фуллерены вынуждены содержать делокализованные связи, например, в экваториальных гексагонах С70, или в феналенильных субструктурах, с проходящей через них осью 3 [5-7]. Это правило не затрагивает асимметричные фуллерены, которые, впрочем, считаются нестабильными [4]. a b e d Рис. 1. Различные способы представления фуллерена Оба правила не строги, и ряд авторов, рассматривая расположение связей на фуллеренах, не учитывает их. Число вариантов при этом может быть велико [8-10]. С другой стороны, соблюдение обоих правил иногда требует введения делокализованных связей, что прослеживается в ряде работ по квантово-химическим расчетам электронных структур фуллеренов [5-7, 11-13]. Теоретическая часть В указанных выше работах выполняется «подгонка» связей к конкретной структуре фуллерена с учетом принятых ограничений. Мы будем действовать наоборот: выбирать из широкого диапазона такие фуллерены, которые удовлетворяют принятым правилам расположения связей. Всего таких правил два: наличие на фуллерене только простых и двойных связей и отсутствие двойных связей в пентагонах. Первое ограничение запрещает делокализованные связи, которые могут приводить к появлению радикальных субструктур, дестабилизирующих молекулу. Второе ограничение в совокупности с первым сужает диапазон до более стабильных IPR-фуллеренов. В итоге распределение связей приобретает следующий характер: в каждой вершине фуллерена сходится по две простых и одной двойной связи (так как каждый атом углерода четырехвалентен и имеет три соседних атома), при этом все связи в пентагонах простые, а связи, выходящие из вершин пентагонов, — двойные. Кроме смежных пентагонов (рис. 2, а), невозможными являются и другие топологические случаи, например, пара пентагонов, разделенных смежным с ними гексагоном (рис. 2, b), требующие два пятивалентных атома. В диапазоне фуллеренов от минимально возможного С20 до изомеров Сі00 исключение индивидов с фрагментами а и b катастрофически сокращает список, в том числе полностью вычеркиваетфуллерены С20-С 70, кроме икосаэдрического С60, поэтому далее уместно говорить о диапазоне С60-С 100. Фрагмент, показанный на рис. 2, с, приводит к трехвалентному центральному атому. Аналогичная ситуация наблюдается и в более сложных случаях, например рис. 2, d, но он не рассматривался, так как фуллеренов только с такими фрагментами (т. е. без случаев a-c) в диапазонеС60-С 100нет. 38 http://www.kolasc.net.ru/russian/news/vestnik1.html