Состав насыщенного пара углерода. Кластеризация в сверхзвуковых потоках. Газодинамические потоки, молекулярные пучки, и их основные характеристики. Плотность, температура, скорость, число Маха.
Открытие фуллеренов. Предложенная структура и обзор работ до синтеза фуллерита в макроколичествах.
Основные типы углеродных кластеров и место фуллеренов среди других углеродных материалов
Первые доказательства трехмерной каркасной структуры С₆₀. Геометрическая структура фуллеренов, общие закономерности для каркасных молекул. Правило изолированных пятиугольников и неклассические (не удовлетворяющие ему) структуры. С₆₀, С₇₀ и высшие фуллерены: изомерия и симметрия. Электронное строение: p ‑ система, ароматичность, электронные переходы, донорные и акцепторные свойства. Колебательные спектры фуллеренов.
Способы получения и доказательства строения эндоэдральных фуллеренов. Типы эндоэдральных фуллеренов: молекулы с атомами инертных газов, металлофуллерены, другие примеры. Виды эндоэдральных металлофуллеренов, фуллерены с металл-нитридными и карбидными кластерами, особенности строения их углеродных каркасов. Данные рентгеноструктурного анализа, положения эндоэдральных атомов и их движение внутри углеродного каркаса. Связь между атомами металла и углеродным каркасом и особенности электронных свойств металлофуллеренов различных типов. Производные и возможные применения металлофуллеренов.
Строение и способы получения нанотрубок. Одностенные и многостенные нанотрубки, 'стручки' (нанотрубки, заполненные молекулами фуллеренов или металлофуллеренов). Классификация нанотрубок, связь между геометрией и электронными свойствами. Спектроскопические характеристики и их использование для идентификации отдельных нанотрубок. Функционализация нанотрубок и возможные применения. Другие родственные структуры, реальные и гипотетические, (' нанорога ', разветвленные системы и т. п.).
Открытие фуллеренов. Опыты Крото-Смолли. Основные способы получения фуллеренов. Лазерное испарение графита. Электродуговой синтез. Установки, условия, выходы. Ионная хроматография. Современные представления о механизме 'сборки' фуллеренов С₆₀ и С₇₀. Выделение и разделение фуллеренов - общая схема, растворители. Метод ВЭЖХ. ' Small bandgap fullerenes ', особенности их выделения.
Методы синтеза и выделения эндоэдральных фуллеренов. Открытие нанотрубок. Методы синтеза нанотрубок. ' Chemical Vapor Deposition ' (CVD). Очистка и выделение нанотрубок.
Промышленные способы получения фуллеренов и нанотрубок - электродуговой, сжигание углеводородов, каталитическое разложение СО, CVD.
Энерг ия ио низации и электронное сродство фуллеренов. Летучие и нелетучие производные фуллеренов и их поведение в масс-спектрах электронного удара, матрично-активированной лазерной десорбц ии/ио низации, ионизации распылением в электрическом поле. Фрагментац ия ио нов производных фуллеренов.
Ион-молекулярные реакции фуллеренов и их производных.
Фуллерит и другие углеродные материалы. Фуллерит как метастабильная фаза. Кристаллическая структура: высокотемпературная и низкотемпературная фазы, ориентационный фазовый переход (микроскопическая природа, влияние давления, примесей и структурных дефектов). Термодинамические свойства фуллерита С 60. Полимеризованные формы С 60 (фотополимеры, фазы высокого давления, интеркаляты). Интеркалированные фуллериты.
Номенклатура фуллеренов и их производных (фуллерены, фуллераны и фуллероиды), тривиальная номенклатура C₆₀ и C₇₀, IUPAC номенклатура фуллеренов и их производных.
Гидриды фуллеренов (синтез, строение и свойства, реакционная способность).
Галоген[60]фуллерены (получение: реакции с галогенами, галогенидами элементов переменной валентности, реакции замещения в галоген[60]фуллеренах). Строение галоген[60]фуллеренов. Химические свойства галоген[60]фуллеренов (окислительно-восстановительные реакции, реакции нуклеофильного замещения, циклоприсоединение).
Метано - и гомо[60]фуллерены. Получение и строение С₆₀ (CX₂), X=H, F, Cl, Br (реакция с диазометаном, реакция Симонса-Смита, реакции a-дегидрогалогенирования, термолиз a-галокарбоксилатов).
Получение и строение оксидов [60]фуллерена (окисление кислородом воздуха, реакции с пероксикислотами, озонирование). Химические свойства оксидов.
Закономерности строения производных фуллеренов с малыми функциональными группами.
Молекулярная и кристаллическая структура. Исследование порошковых и монокристаллических образцов. Выращивание монокристаллов фуллеренов и их производных. Использование лабораторных дифрактометров, синхротронного излучения и дифракции нейтронов.
Кристаллическое и молекулярное строение галогенидов С₆₀ и С₇₀.
Кристаллическое и молекулярное строение фторалкилпроизводных С₆₀ и С₇₀. Проблемы разупорядочения функциональных групп.
Кристаллическое и молекулярное строение производных высших фуллеренов и эндоэдральных фуллеренов.
Принципы реакционной способности фуллерена. Способность к реакциям нуклеофильного, радикального и циклоприсоединения.
Реакции [2+1]-циклоприсоединения. Реакция Бингеля (циклопропанирование фуллерена). Присоединение карбенов. Способы генерирования карбенов (реактивы Сойферта, разложение диазосоединений).
Реакции [2+3]-циклоприсоединения. Синтез фуллеропирролидинов, реакция Прато. Циклоприсоединение нитрилилидов (аннелирование пирролинового цикла). Циклоприсоединение нитрилиминов (аннелирование пиразолинового цикла). Циклоприсоединение нитрилоксидов (аннелирование изоксазолинового фрагмента).
Реакции [2+2] -циклоприсоединения.
Реакции [2+4]- циклоприсоединения (диеновый синтез Дильса-Альдера). Методы генерирования диенов.
Полициклоприсоединение. Номенклатура бис-аддуктов. Методы региоселективной функционализации.
Реакции нуклеофильного присоединения. Присоединение С-нуклеофилов. Аномальное течение реакции Бингеля для С₆₀F₁₈. Присоединение N- нуклеофилов.
Реакции радикального присоединения. Нитрование фуллерена. Введение алкилти о - и алкоксирадикалов. Присоединение перфторалкильных радикалов. Присоединение третичных аминов. Присоединение пероксидных радикалов. Гидростаннирование.
Реакции с кислотами Льюиса. Фуллеренирование ароматических соединений и хлоралканов.
Практическое применение производных фуллерена. Медицинское применение. Применение в технике.
Спецкурс предназначен для студентов химического факультета старших курсов (3 - 5) и рассчитан на 2 семестра. Общее число лекций - 24.
 

Программа составлена
проф. Л. Н. Сидоровым, с. н. с. И. Н. Иоффе, н. с. В. Э. Алешиной
с. н. с. В. Ю. Марковым, с. н. с. Е. В. Скокан, н. с. А. А. Горюнковым
проф. С. И. Трояновым, проф. М. Ю. Юровской