高次フラーレン

高次フラーレン(Higher fullerenes)は、70個以上の炭素で構成されるフラーレン分子である。六角形と五角形の面が融合して籠の形を作っている。

合成

1990年、W・クレッチマーとD・R・ハフマンは、kgもの量のフラーレンを簡単に効率良く合成できる方法を開発し、フラーレンの研究が一気に進んだ。この技術では、ヘリウム中で高純度の2つのグラファイト電極の間をアーク放電させることで、炭素のすすを生成する。または、グラファイトのレーザーアブレーションか芳香族炭化水素の熱分解によってすすを生成する。フラーレンは、すすの中から多段階の過程によって抽出される。まずは、すすを適切な有機溶媒に溶かす。この段階で、最大70%のC60と15%のC₇₀、その他のフラーレンからなる溶液ができる。これをクロマトグラフィーを用いて分離する[1]。この方法でmg量の高次フラーレンを得ることができ、また、C₇₆、C₇₈、C₈₄は試薬として販売されている。

性質

分子

化学式	CAS登録番号[2]	N_is[3]	分子対称性[4][5]
C₆₀	99685-96-8	1	I_h
C₇₀	115383-22-7	1	D_5h
C₇₂		1	D_6h
C₇₄		1	D_3h
C₇₆	135113-15-4	2	D₂*
C₇₈	136316-32-0	5	D_2v
C₈₀	136316-32-0	7
C₈₂	136316-32-0	9	C₂, C_2v, C_3v
C₈₄	135113-16-5	24	D₂*, D_2d
C₈₆	135113-16-5	19
C₈₈	135113-16-5	35
C₉₀	135113-16-5	46
C₃₉₉₆	175833-78-0

表中で、N_ISは、フラーレン中で五角形の面同士は隣合わないというルールの中でありうる同位体の数を表している。対称性は、実験的に最も量の多いものを示した。*の記号は、2つ以上のキラル型で対称性を持つことを意味する。

固体

高次フラーレンの固相[6]
化学式	対称性	空間群	No	ピアソン記号	a (nm)	b (nm)	c (nm)	Z	ρ (g/cm³)
C₇₆	単斜晶	P2₁	4	mP2	1.102	1.108	1.768	2	1.48
C₇₆	立方晶	Fm3m	225	cF4	1.5475	1.5475	1.5475	4	1.64
C₈₂	単斜晶	P2₁	4	mP2	1.141	1.1355	1.8355	2

トルエン溶液からC₇₆またはC₈₄の結晶を生成すると、単斜対称となる。しかし、C₇₆の溶媒を蒸発させると、面心立方体に変わる。単斜晶と面心立方体の相は、C₆₀とC₇₀でも知られている。

出典

Katz, 369–370
W. L. F. Armarego; Christina Li Lin Chai (11 May 2009). Purification of laboratory chemicals. Butterworth-Heinemann. pp. 214–. ISBN 978-1-85617-567-8 2011年12月26日閲覧。
Manolopoulos, David E.; Fowler, Patrick W. (1991). “Structural proposals for endohedral metal-fullerene complexes”. Chemical Physics Letters 187: 1. doi:10.1016/0009-2614(91)90475-O.
Diederich, Francois; Whetten, Robert L. (1992). “Beyond C60: The higher fullerenes”. Accounts of Chemical Research 25 (3): 119. doi:10.1021/ar00015a004.
K Veera Reddy (1 January 1998). Symmetry And Spectroscopy Of Molecules. New Age International. pp. 126–. ISBN 978-81-224-1142-3 2011年12月26日閲覧。
Kawada, H.; Fujii, Y.; Nakao, H.; Murakami, Y.; Watanuki, T.; Suematsu, H.; Kikuchi, K.; Achiba, Y. et al. (1995). “Structural aspects of C₈₂ and C₇₆ crystals studied by x-ray diffraction”. Physical Review B 51 (14): 8723. doi:10.1103/PhysRevB.51.8723.

外部リンク

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[1] Katz, 369–370

[cas-2] W. L. F. Armarego; Christina Li Lin Chai (11 May 2009). Purification of laboratory chemicals. Butterworth-Heinemann. pp. 214–. ISBN 978-1-85617-567-8 2011年12月26日閲覧。

[is-3] Manolopoulos, David E.; Fowler, Patrick W. (1991). “Structural proposals for endohedral metal-fullerene complexes”. Chemical Physics Letters 187: 1. doi:10.1016/0009-2614(91)90475-O.

[sym1-4] Diederich, Francois; Whetten, Robert L. (1992). “Beyond C60: The higher fullerenes”. Accounts of Chemical Research 25 (3): 119. doi:10.1021/ar00015a004.

[sym2-5] K Veera Reddy (1 January 1998). Symmetry And Spectroscopy Of Molecules. New Age International. pp. 126–. ISBN 978-81-224-1142-3 2011年12月26日閲覧。

[r1-6] Kawada, H.; Fujii, Y.; Nakao, H.; Murakami, Y.; Watanuki, T.; Suematsu, H.; Kikuchi, K.; Achiba, Y. et al. (1995). “Structural aspects of C₈₂ and C₇₆ crystals studied by x-ray diffraction”. Physical Review B 51 (14): 8723. doi:10.1103/PhysRevB.51.8723.

高次フラーレン

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関連文献

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