Геометрическая и электронная структура молекул фуллеренов C72, C74 и C82

• Автор: Хаматгалимов, Айрат Раисович
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Казань
• Количество страниц: 136 с. : ил

Оглавление
Введение

1. Современное представление об электронной структуре фуллеренов литературный обзор.

1.1 Геометрическая и электронная структура фуллеренов

1.1.1 Строение фуллеренов.

1.1.2 Особенности электронной структуры фуллеренов

1.1.3 Ароматичность фуллеренов. Сопоставление с классическими ароматическими системами.

1.1.4 Пирамидализация атомов в фуллерене. V анализ.

1.1.5 Применение Не ЯМР в исследовании электронной структуры фуллеренов

1.2 Высшие фуллерены. Исследование их стабильности. Результаты экспериментальных и теоретических исследований высших фуллеренов С, С и С.

1.2.1 Критерии стабильности высших фуллеренов.

1.2.2 Результаты экспериментальных и теоретических исследований фуллерена С.
1.2.3 Результаты экспериментальных и теоретических исследований фуллерена С.
т 1.2.4 Результаты экспериментальных и теоретических исследований фуллерена С.
1.3 Эндоэдральные металлофуллерены.
1.3.1 Электронная структура эндоэдральных металлофуллере
НОВ МС И МС.
1.3.2 Выделенные и идентифицированные изомеры эндоэдраль
ных металлофуллеренов 2.
1.3.3 Электронная структура эндоэдральных металлофуллеренов С.
1.3.4 Положение атомаов металла внутри фуллереновой клетки
2. Квантовохимическое исследование электронного строения и стабильности высших фуллеренов
2.1 Полуэмпирические и неэмпирические квантовохимические методы и методы теории функционала плотности.
2.2 Методические особенности квантовохимических исследований фуллеренов.
2.3 Процедура квантовохимических расчетов фуллеренов С, С
3. Геометрическое и электронное строение фуллеренов С И С
3.1 Фуллсрен С.
3.1.1 Анализ распределения ясвязей.
3.1.2 Квантовохимическое исследование электронной структуры фуллерена С
3.1.3 Распределение зарядов в фуллерене С и дианионе С2
3.2 Открытая оболочка фуллерена С субструктура феналенилрадикала.
3.2.1 Анализ распределения ясвязей. Субструктуры с делокализованными ясвязями.
3.2.2 Исследование некоторых феналенилрадикальных систем
3.2.3 Квантовохимическое исследование электронной структуры фуллерена С
3.2.4 Возможные пути стабилизации фуллерена С.
4. Радикальные субструктуры и стабильность изомеров фуллерена С
4.1 Анализ распределения ясвязей. Субструктуры с делокализованными ясвязями.
4.2 Квантовохимическое исследование электронной структуры фуллерена С.
4.2.1 Геометрические характеристики изомеров фуллерена 2.
4.2.2 Энергетические характеристики изомеров фуллерена 2
4.3 Анализ положения атома металла внутри фуллереновой оболочки
Список литературы


На настоящий момент наиболее распространенными и изученными являются фуллерены Сбо и С7о Однако, если для них сегодня имеется значительный объем структурнохимической информации, то для высших фуллеренов количество доступных данных значительно меньше. Информация о распределении связей в высших фуллеренах будет несомненно полезна для предсказания их реакционной способности. Также представляет сложность определение связи между электронной структурой и стабильностью фуллеренов. Основные проблемы в исследовании электронной структуры высших фуллеренов связаны с трудностями при разделении изомеров, их малой доступностью и, соответственно, с малым объемом доступных экспериментальных данных. Характерно то, что многие высшие фуллерены являются нестабильными и не могут быть получены. Тем не менее, достаточно часто эти фуллерены можно выделить в виде так называемых эндоэдральных металлофуллеренов, т. Причины нестабильности фуллеренов в виде пустых молекул и стабильности эндоэдральных металлофуллеренов пока не объяснены. Для решения этого вопроса предлагались разнообразные критерии, оценивающие стабильность различных фуллеренов, однако они не всегда удачно объясняют вышеописанную ситуацию. Отмеченные недостатки в значительной мере обесценивают результаты теоретических работ и осложняют их использование для обсуждения иили предсказания результатов экспериментов. Вышеизложенное показывает, что применение квантовохимических методов в исследовании электронной структуры и стабильности фуллеренов является перспективным и актуальным. Целью настоящей работы является теоретическое исследование геометрической и электронной структуры ВЫСШИХ фуллеренов С, С И 2 с использованием современных неэмпирических квантовохимических методов, а также методов теории функционала плотности , для получения информации о причинах нестабильности фуллеренов С, С и 2, возможных путях их стабилизации. С и С исследована электронная структура девяти изомеров фуллерена С2 и показано, что изомеры 6 С5, 7 С3у, 8 С3у и 9 С2у имеют открытую электронную оболочку, что является причиной их нестабильности. Локализовано положение реакционноспособных радикальных субструктур на фуллереновой сфере. С и С являются характерными представителями различного типа нестабильности, когда нестабильность каждого определяется, в основном, только одним фактором для С, имеющего закрытую электронную оболочку, это напряженность молекулы, задаваемая топологией, а для С открытая электронная оболочка молекулы, связанная с наличием двух радикальных субструктур. С, С и девяти изомерах фуллерена С в виде диаграмм Шлегеля. Практическая значимость работы. Наиболее важным практическим результатом работы является то, что появляется возможность определения наиболее реакционноспособных положений углеродной оболочки данных фуллеренов. Следовательно, открываются осознанные пути химической модификации фуллеренов для получения важных для практики производных. Подходы, развитые при исследованиях электронной структуры и стабильности фуллеренов С С и С, могут быть применены при исследовании других высших фуллеренов. В процессе исследования были получены и опубликованы многочисленные данные по геометрии, электронной структуре и стабильности высших фуллеренов, которые представляют интерес и будут использованы другими исследователями, работающими в этой важной области физической химии фуллеренов. Достоверность представленных результатов подтверждается сопоставлением с известными на настоящий момент данными по экспериментальным и теоретическим исследованиям других авторов. Отсутствие какихлибо противоречий между известными экспериментальными и теоретическими данными и полученными в работе результатами указывает на их достоверность и прогностическую ценность. Апробации работы. Материалы диссертации были представлены и обсуждены на 8ой, 9ой и ой Всероссийских конференциях Структура и динамика молекулярных систем, Яльчик, гг. КГУ Материалы и технологии XXI века, , Казань 2ой Европейской конференции молодых химиков ii i , г.