научная статья по теме ФУЛЛЕРЕНЫ КАК НОВЫЙ ТИП ЛИГАНДОВ ДЛЯ ПЕРЕХОДНЫХ МЕТАЛЛОВ Химия

Текст научной статьи на тему «ФУЛЛЕРЕНЫ КАК НОВЫЙ ТИП ЛИГАНДОВ ДЛЯ ПЕРЕХОДНЫХ МЕТАЛЛОВ»

КООРДИНАЦИОННАЯ ХИМИЯ, 2007, том 33, № 10, с. 723-737

УДК 593.194+541.572

ФУЛЛЕРЕНЫ КАК НОВЫЙ ТИП ЛИГАНДОВ ДЛЯ ПЕРЕХОДНЫХ МЕТАЛЛОВ

© 2007 г. В. И. Соколов

Институт элементоорганических соединений им. А Н. Несмеянова РАН, г. Москва

Поступила в редакцию 26.04.06 г.

Рассмотрены фуллерены как лиганды в п-комплексах переходных металлов. При этом обсуждаются следующие аспекты предложенной темы: металлы, способные образовать комплексы с фулле-ренами; реализуемые гаптовые числа; гомо- и гетеролигандные комплексы; совместимость лиган-дов с фуллеренами для разных металлов, включая фуллерены с частично нарушенной сопряженной структурой.

Открытие фуллеренов - полиэдрических углеродных кластеров - явилось одним из замечательных достижений естественных наук в конце XX века. После разработки метода производства фуллеренов сжиганием графита в атмосфере инертного газа они стали доступны в количествах, позволяющих проводить синтетические исследования. Началось интенсивное развитие химии фуллеренов, которая не могла обойти вниманием металлоорга-нические производные.

Помимо естественного научного любопытства к свойствам совершенно нового класса молекул, повышенный интерес к фуллеренильным производным металлов был связан с двумя обстоятельствами. Во-первых, с обнаружением сверхпроводимости в солях трианиона бакминстерфул-лерена М3С60 со щелочными металлами [1]. В этих солях происходит полный перенос заряда от металла на фуллерен. Хотя при этом катион может занимать относительно фуллерена какое-то предпочтительное положение, по крайней мере в кристалле, фуллерен не следует рассматривать в качестве лиганда. Во-вторых, вследствие открытия соединений совершенно нового типа с топологической связью - эндоэдральных металло-фуллеренов [2], в которых один или несколько атомов металла находятся во внутренней полости, ограниченной углеродным каркасом молекулы, причем происходит перенос электронов от металла на углеродную оболочку, и образуются своеобразные внутренние соли. Эти соединения лежат за пределами тематики данного обзора, поскольку в них отсутствует в явном виде координация атома металла с определенным участком углеродной поверхности. Не имеют к нему отношения широко распространенные кристаллические соединения-включения, где пустоты в решетке фуллерена С60 заполняют молекулы-гости, например ферроцен [3], трифенилсурьма [4]. По той же причине не будут рассмотрены соединения, в

которых между фуллереновым ядром и атомом металла находятся другие атомы, например осматные эфиры, сыгравшие большую роль на первом этапе исследований фуллеренов [5]. Соединения, содержащие с-связь металл-углерод, могут быть рассмотрены как имеющие п*-лиганд при атоме металла, но более принято называть лигандами компоненты п-комплексов, т.е. при гаптовых числах п > 1. Вообще автор не ставил своею целью написание полного обзора по синтезу и реакционной способности металлокомплек-сов фуллеренов, желая оставаться в пределах объявленной тематики.

Как можно ожидать, все фуллерены имеют сходную реакционную способность; высшие фуллерены отличаются от С60 тем, что содержат двойные (6 : 6) связи нескольких типов, вследствие чего возможна региоизомерия уже в монопроизводных (рис. 1).

Первые металлокомплексы, содержавшие присоединенные к остову С60 один или несколько фрагментов бис(триорганилфосфин)платины [6], координированных по олефиновому п2-типу, были описаны в 1991 году. Таким образом, стало известно, что фуллерены, по меньшей мере бакминстер-

(4) Ф5Н)

Рис. 1. Первые члены фуллеренового семейства, С60 и С7о, с указанием группы симметрии.

фуллерен С60, могут выступать в качестве лиган-дов при взаимодействии их с переходными металлами.

При рассмотрении общей проблемы "фулле-рены как лиганды" следует, имея в виду не только С60, ответить на такие вопросы:

Какие металлы могут давать п-комплексы с фуллеренами?

Возможны ли для фуллеренов гомо- и/или ге-теролигандные комплексы?

Каковы возможные гаптовые числа для фул-лереновых лигандов?

Какие лиганды совместимы в координационной сфере металла?

Могут ли фуллерены быть мостиковыми ли-гандами?

Соответственно обзор построен таким образом, что будут рассмотрены металлы, способные к образованию комплексов с фуллеренами, затем -наборы лигандов, участвующих в этих комплексах. Ранее было опубликовано немало обзоров по различным аспектам фуллереновой проблемы, в том числе монографии по химии фуллеренов [7, 8], обзоры по химии органических производных С60 и несколько обзоров по металлоорганической химии фуллеренов [9-14].

МЕТАЛЛЫ, ОБРАЗУЮЩИЕ п-КОМПЛЕКСЫ С ФУЛЛЕРЕНАМИ

Коль скоро фуллерены являются полиолефи-нами, естественно ожидать образование комплексов с переходными металлами тех групп Периодической системы, которые образуют п-комплексы с олефинами (т.е. преимущественно У-УШ групп). Для других групп более характерны с-связанные производные.

Как было сказано выше, первым металлом, для которого установлена способность давать п-комплексы с фуллеренами, является платина [6]. Вскоре получены свидетельства существования аналогичных, но менее стабильных комплексов для палладия и никеля [15]. Структуры (п2-С60)М(РРЬ3)2 (М = Р [6, 16] и Ра [17]) весьма сходны между собой. Они имеют геометрию хелатного узла в виде плоского квадрата, характерную для комплексов с простыми олефинами, например с этиленом [18]. Длина связи фуллеренового каркаса С(1)-С(2), включенной в трехчленный цикл, образующийся при координации, значительно увеличена, и атомы С(1) и С(2) сдвинуты по направлению к атому металла, их пирамидализация усилена (рис. 2). В [19] описаны комплексы кобальта, родия, железа, тантала, рутения и рения, причем для [(РЬзР)2Яи(КО)С1](п2-С60) и [(МезР)4Яе2И8](п2 : п2-С60) выполнен РСА. Из комплексов кобальта и родия, (п2-С60)М[(КО)(РРЬ3)2], фуллерен вытесняется малеиновым ангидридом, йодом или трифенил-

фосфином. Нитрозильные комплексы кобальта или родия (но не иридия) получаются с высоким выходом из (РЬ3Р)3М(Ш) и суспензии С60 в тетра-гидрофуране или бензоле.

Стабильные комплексы с фуллеренами, кроме платины, дает иридий; синтезировано большое количество его комплексов с С60 и С70 и один комплекс с С84, пока единственный с высшим фуллере-ном [20]; как правило, они хорошо кристаллизуются. Из платиновых металлов меньше комплексов известно для родия, рутения, осмия [13].

Из элементов VI группы получены и исследованы комплексы молибдена и вольфрама [21-23]. Для хрома [24] и молибдена [25] описано существование нечетно-электронных комплексов (см. ниже), стабильных в растворе, строение которых установлено методами спектроскопии ЭПР и квантовой химии. Карбонильные комплексы марганца и рения с С60, хотя и зарегистрированы методом иК-спектроскопии, но неустойчивы [13].

Из тетракарбонилкобальтата натрия и [60]-фуллерена получен нерастворимый, плохо охарактеризованный материал (по-видимому, полимерный), состав которого соответствует брутто-формуле №СоС60 • ЗТИБ [26]. Более сложное органическое производное фуллерена реагирует с СрСо(СО)2 с частичным раскрытием фуллереновой системы [27, 28]. Кобальтицен передает фул-леренам электрон, образуя соли кобальтицения [29]; для комплекса такого рода с (3-аминофе-нил)метанофуллереном был обнаружен ферромагнетизм ниже 19 К [30].

Гидроцирконирование С60 действием Ср22г(И)С1 приводило к интермедиату, по-видимому, содержащему с-связь фуллерен-цирконий, которая далее подвергалась протонолизу [31]. Комплекс Ср2Т1(п2-С60) недавно синтезирован по реакции обмена •мс(триметилсилил)ацетилена, координированного с бмс(циклопентадиенил)титаном, на фуллерен, и определена его рентгеновская структура [32]. Геометрия координационной сферы титана - искаженный тетраэдр (рис. 3). Аналогичный комплекс Ср22г(п2-С60), вероятно, принимает участие в качестве интермедиата при катализируемой реакции С60 с алюминийорганическими соединениями [33]. Имеется сообщение о реакции ванадоцена с С60 и выделении твердого аддукта состава Ср2У • С60 [34], который показывает интенсивный сигнал ЭПР У(1), по характеристикам близкий к аддуктам Ср2У с электроноакцепторными алкинами; предполагается, что этот аддукт содержит п2-связанный фуллерен. В той же статье упоминается о присоединении к С60 двух эквивалентов ванадоцена. К настоящему времени достоверно установлено, что фуллерен (а именно С60) может быть лигандом при следующих металлах: Р^ Ра, N1, О8, Яи, Бе, 1г, КЪ, Т1, 2г, У, Сг, Мо,

Та, Мп, Яе.

С(55)

С(60| ^УС(56)

С(50)1 \С(43)

Рис. 2. Молекулярная структура комплекса (п2-С6о)Рй(РРИз)2.

ГОМОЛИГАНДНЫЕ КОМПЛЕКСЫ ФУЛЛЕРЕНОВ

Основной массив металлокомплексов фуллере-нов составляют, естественно, гетеролигандные комплексы. К настоящему времени единственным исключением являются полимерные гомолиганд-ные комплексы С60 с палладием или платиной, которые получают прямой реакцией фуллерена с нульвалентными комплексами этих металлов со слабо удерживаемым лигандом - дибензилиден-ацетоном (БЬа) [35-37]. Комплекс платины (С60)Р1. может быть также получен из циклоокта-диенового комплекса Р^0) [38]. Очевидно, что две молекулы С60 связаны с атомом металла по п2-ти-пу, но индивидуальной молекулы (С60)2М не получается, а образуется полимерная цепь, что, вероятно, указывает на повышение активности других двойных связей фуллерена (по отношению к без-лигандному палладию) при координации первой. Если присутствует избыток соединения М(0) по отношению к эквимолярному, то удельное содержание металла повышается. Нерастворимые осадки соответствуют, по данным элементного анализа, составу (С60)Р^., где 1 = 1, 2, 3 и выше. При этом всегда присутствует некоторое количество свобод-

ного металла. Предполагается, что молекулы С60 связаны атомами металла в одномерные цепи, двухмерные и трехмерные сетки.

Результаты последующих исследований палла-дий-фуллереновых полимеров различными физико-химическими методами (электронная микроскопия, термогравиметрия, масс-спектрометрия, спектроскопия ИК, РФЭ, БХАБ8 и др.) подробно изложены в обзоре [14]. Координация атома палладия действительно происходит по (6 : 6) двойной связи С60 с переносом электронной плотности о

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком