1985年美国德克萨斯莱斯大学和英国的索塞克斯大学的科学家发现了一个由60个碳原子组成的分子。他们认为该分子具有足球形结构,从此以后;笼状全烯就成了一个科学热点。有人认为这是一个巨大发现,该发现可能对认识煤烟形成以及外部空间的分子转换等化学领域具有实际意义。
与此同时,怀疑派也围攻了该建议。因为,C60最初只是在磁阱中二次分裂获得,并仅仅通过质谱方法分析的。依据该证据指认这样一个完整结构是值得怀疑的。后来,笼状全烯的支持者又列举了一些进一步的证据:可以调整优化条件制备C60;探测球中密封有金属的C60衍生物以及研究该分子的激光裂解行为。然而怀疑仍然存在。
当埃克森研究中心的埃伯特和宾州大学的弗伦克来希指出,碳原子族研究的重要性就像冷核聚变那样过分夸大了,这个争论就可能达到了顶峰。随后,他们为做这种联系而向冷核聚变的研究者道了歉,然而,去年夏天发生了显著的转折。由于分离出克量级的C60,引起了化学领域蜂拥而来的研究兴趣。
德国马普研究所的克雷切默和美国亚利桑那大学的霍夫曼等的一篇论文导致了大量制备和分离C60的发展。该文详述了由石墨蒸发产生的炭灰中C60存在的光谱证据。由该发现显而易见:如果煤烟灰中能够形成笼状全烯,并且它在环境中是稳定的,那么应该可以用化学分离法得到它。
此后不久,该小组证明了C60可以通过非常简单的程序,分离得到。在He气中,石墨电弧放电,产生炭灰,沉积在装置内各个地方,用苯提取这种炭灰就得到了含有同样令人兴趣的C60的笼状全烯。用色谱可以分离这两种组分,分别得到黄色固体C60和棕红色固体C70。C60在苯中形成美丽的洋红色溶液,而C,溶液则是桔黄色的。另有几个小组已重复,并改进了这些化合物的合成方法。莱斯大学的理查德 · 斯莫利说,他们小组每天能得到1克C60。
可观量的C60、C70的制备使得常规光谱分析变得容易。例如,苯中C60的13C核磁共振(NMR)谱反映了该分子漂亮的Ih对称性。所有研究者都在143.2 ppm观察到了一个峰,苯中C70的13C核磁共振( NMR)谱同样是很有意思的。该谱给出了强度比为10:20:10:10的五个峰。这个结果完全符合C70为橄榄球形结构的假设。该结构是在最初的激光蒸发实验中通过质谱鉴定了C70后提出的。C60的吸收光谱也已由一些小组记录了。
IBM阿马达研究中心的科学家用扫描隧道显微镜(STM)研究了沉积在Au(111)表面上C60/ C70混合物。给出了C60的STM图像。C60单元以六面体排列,单元间距约11?,其中散布有较大的分子,可能是C70。C60的成功单晶X - 射线衍射图还未见报道。但已经有了粉末衍射研究结果。所有证据都表明,C60的确是一个截去顶点的正二十面体。
C60整个是一个芳香球。相对来说,它应是不活泼的。然而,莱斯大学的电化学研究表明,C60容易还原成一个双阴离子,这就暗示了研究该分子的有机化学的可能途径。的确,C60分子在还原条件下,可以变成还原衍生物C60H36。很明显,36是使球表面上每个五边形中留下一个非共轭双键所需要的氢原子数目。合成含有孤立双键衍生物应当使C60骨架上的反应容易些。到目前为止,只尝试合成了其中的几个衍生物。采用某些氧化剂,C60H36能够脱氢变成C60。
相反地,莱斯大学的西弗里利等的最初实验表明,C60H36的催化还原是可能的。这意味着制备全饱和的C60H60已是指日可待。若能从石墨经几步合成C60H60,这可能成为不朽的进展。因为,制备C20H20花了几个小组二十多年的艰苦努力。
然而,C70的有机化学几乎还没被研究过。目前阶段,只能预测,C60和C70对制备新材料和润滑剂是很有用的。然而,有一点是很清楚的,“这个小的碳球会有大量的运动”。
[C&I,1990年11 月19日]