5.1.2 Растворимость фуллеренов

В процессе синтеза фуллеренов методом дугового разряда на внутренней поверхности камеры оседает фуллеренсодержащая сажа. Одной из важных задач является экстракция и дальнейшая сепарация молекул фуллеренов из углеродной сажи. До открытия фуллеренов считалось, что не существует заметно растворимых аллотропных форм углерода. Однако, благодаря пытливым умам студентов, работавших совместно с будущими лауреатами Нобелевской премии, стало известно, что фуллерены растворимы в полярных растворителях. Благодаря данному уникальному свойству появилась возможность экстракции фуллеренов из углеродной сажи в количествах, достаточных для проведения экспериментов.

Во-вторых, растворимость фуллеренов используется при синтезе тонких пленок фуллеренов и фуллеренсодержащих органических структур. В табл. 2.1 представлены данные по растворимости фуллеренов в различных растворителях.

В воде, этаноле, ацетоне и других полярных растворителях фуллерены практически нерастворимы, зато в бензоле, толуоле, фенилхлориде растворяются с образованием окрашенных в красно-фиолетовый цвет растворов.

Фуллерены в растворах проявляют тенденцию к образованию кластеров. Хорошая растворимость в органических растворителях, содержащих гексагоны объясняют магнитным взаимодействием кольцевого тока, протекающего в молекуле растворителя с током, протекающим в циклах фуллерена. Магнитное поле, вызванное внутримолекулярным кольцевым током в гексагоне фуллерена ориентирует молекулу ароматического соединения таким образом, что ток внутри молекулы оказывается направлен навстречу току фуллеренового кольца.

Таблица 2.1. Растворимость фуллеренов С₆₀ и С₇₀ в органических растворителях при 20…25 °С

Растворитель	Растворимость C60, мг⋅мл–1	Тпл, оС	Ткип, оС	ρ	DN/AN	ET
н-Гексан	0.043
Циклогексан	0.036…0.051	6.55	80.74	0.7785
Хлороформ	0.16	-63.5	61.2	1.483		39.1
Тетрахлорэтилен	1.2
Трихлорэтилен	1.4
Бензол	1.5; 1.7	5.53	80.1	0.879	3.5/8.2
Толуол	2.8; 4.1	-95	110.6	0.8669		ET=33.9
1,1,2,2-Тетрахлорэтан	5.3
1,2,3,4-Тетраметилбензол	5.8
1,4-Диметилбензол	5.9
1,2,4-Триметилбензол	17.9
1,2,3,5-Тетраметилбензол	20.8
1-Бром-2-метилнафталин	34.8
1-Хлорнафталин	51

Температурная зависимость растворимости фуллеренов С₆₀ имеет немонотонный характер. Растворимость увеличивается с ростом температуры, но после достижения 280К наблюдается уменьшение растворимости. Одним из объяснений является представление о кластерной природе растворимости фуллерена. С ростом температуры происходит разрушение кластеров, которое сопровождается увеличением энергии взаимодействия молекул фуллерена с молекулами растворителя и смещает равновесие в сторону твердой фазы. Все факторы влияющие на функцию распределения кластеров по размерам влияет на ИК- и Рамановские спектры растворов.

Неэмипиричекими методами квантовой химии, а именно Хартри-Фока было показано, что присутствие