Hydrogenation of S6-C60(CF3)12

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The first results of the hydrogenation of S6-symmetric trifluoromethylfullerene C60(CF3)12 in two types of reactions were reported: (1) high-temperature radical hydrogenation with 9,10-dihydroanthracene and (2) nucleophilic hydrogenation with sodium tetraborohydride under mild conditions. The high-temperature radical hydrogenation of S6-C60(CF3)12 is accompanied by partial elimination of CF3 groups and leads to the formation of a complex mixture of products of a composition C60(CF3)8–12H18–22. During the hydrogenation of NaBH4 under mild conditions, selective formation of the hydride C60(CF3)12H12 was recorded by mass spectroscopy. A kinetic analysis of the sequential nucleophilic hydrogenation of S6-C60(CF3)12 was performed, using quantum-chemical modeling at the level of density functional theory, under the assumption of linear correlation between the activation energy and the enthalpy of elementary steps of the same type. The isomeric composition was predicted for the series of anionic intermediates C60(CF3)12H−2n−12−1− and their protonation products C60(CF3)12H2n, where n = 1–6. The hydrogenation of S6-C60(CF3)12 should lead to the formation of the thermodynamically and kinetically most stable product ortho-S6-C60(CF3)12H12, in which all hydrogen atoms are located in neighboring positions near the CF3 groups, forming together with them a near-equatorial belt of 24 addends while retaining the triphenylene fragments at two opposite poles. The average bond dissociation energy BDE(C–H) in ortho-S6-C60(CF3)12H12 is 298 kJ mol–1, which is approximately 20 kJ mol–1 higher than the BDE(C–H) of known fullerene hydrides C60H18 and C60H36 (PBE0/def2-SVP).

About the authors

N. A. Romanova

Faculty of Chemistry, Moscow State University

Email: natroman1987@yandex.ru
119991, Moscow, Russia

V. Yu. Markov

Faculty of Chemistry, Moscow State University

Email: natroman1987@yandex.ru
119991, Moscow, Russia

A. A. Goryunkov

Faculty of Chemistry, Moscow State University

Author for correspondence.
Email: natroman1987@yandex.ru
119991, Moscow, Russia

References

  1. Гольдшлегер Н.Ф., Моравский А.П. // Успехи химии. 1997. Т. 66. № 4. С. 353.
  2. Nossal J., Saini R.K., Alemany L.B. et al. // Eur. J. Org. Chem. 2001. P. 4167.
  3. Taylor R. // J. Fluorine Chem. 2004. V. 125. P. 359.
  4. Горюнков А.А., Овчинникова Н.С., Трушков И.В. и др. // Успехи химии. 2007. Т. 76. С. 323.
  5. Troyanov S.I., Kemnitz E. // Curr. Org. Chem. 2012. V. 16. P. 1060.
  6. Troyanov S.I., Dimitrov A., Kemnitz E. // Angew. Chem. Int. Ed. 2006. V. 45. P. 1971.
  7. Troyanov S.I., Kemnitz E. // Mendeleev Commun. 2008. V. 18. P. 27.
  8. Berseth P.A., Harter A.G., Zidan R. et al. // Nano Lett. 2009. V. 9. № 4. P. 1501.
  9. Scheicher R.H., Li S., Araujo C.M. et al. // Nanotechnology. 2011. V. 22. № 33. P. 335401.
  10. Броцман В.А., Луконина Н.С., Горюнков А.А. // Изв. АН. Сер. хим. 2023. Т. 72. № 1. С. 20.
  11. Rybalchenko A.V., Magdesieva T.V., Brotsman V.A. et al. // Electrochim. Acta. 2015. V. 174. P. 143.
  12. Bogdanov V.P., Semivrazhskaya O.O., Belov N.M. et al. // Chem. Eur. J. 2016. V. 22. P. 15485.
  13. Brotsman V.A., Bogdanov V.P., Rybalchenko A.V. et al. // Chem. Asian J. 2016. V. 11. № 13. P. 1945.
  14. Powell W.H., Cozzi F., Moss G.P. et al. // Pure Appl. Chem. 2002. V. 74. P. 629.
  15. Duan Y.Y., Shi L., Sun L.Q. et al. // Int. J. Thermophys. 2000. V. 21 (2). P. 393.
  16. Banfi L., Narisano E., Riva R. et al. // Encyclopedia of Reagents for Organic Synthesis. Chichester, UK: John Wiley & Sons, Ltd, 2014. P. 1.
  17. Rackers J.A., Wang Z., Lu C. et al. // J. Chem. Theory Comput. 2018. V. 14. № 10. P. 5273.
  18. Granovsky A.A. Firefly v. 8.2.0 (Formerly PC GAMESS). 2016. http://classic.chem.msu.su/gran/firefly/index.html
  19. Schmidt M.W., Baldridge K.K., Boatz J.A. et al. // J. Comput. Chem. 1993. V. 14. № 11. P. 1347.
  20. Laikov D.N. // Chem. Phys. Lett. 1997. V. 281. P. 151.
  21. Perdew J.P., Burke K., Ernzerhof M. // Phys. Rev. Lett. 1996. V. 77. P. 3865.
  22. Adamo C., Barone V. // J. Chem. Phys. 1999. V. 110. № 13. P. 6158.
  23. Weigend F., Ahlrichs R. // Phys. Chem. Chem. Phys. 2005. V. 7. P. 3297.
  24. Ignat’eva D.V., Goryunkov A.A., Ioffe I.N. et al. // J. Phys. Chem. A. 2013. V. 117. P. 13009.
  25. Romanova N.A., Papina T.S., Luk’yanova V.A. et al. // J. Chem. Thermodyn. 2013. V. 66. P. 59.
  26. Tebbe F.N., Harlow R.L., Chase D.B. et al. // Science. 1992. V. 256. P. 822.
  27. Pimenova S.M., Melkhanova S.V., Kolesov V.P. et al. // J. Phys. Chem. B. 2002. V. 106. P. 2127.
  28. Papina T., Luk’yanova V., Troyanov S. et al. // Russ. J. Phys. Chem. A. 2007. V. 81. P. 159.
  29. Rüchardt C., Gerst M., Ebenhoch J. et al. // Angew. Chem. Int. Ed. 1993. V. 32. P. 584.
  30. Darwish A.D., Avent A.G., Taylor R. et al. // J. Chem. Soc., Perkin Trans. 2. 1996. P. 2051.
  31. Gakh A.A., Romanovich A.Y., Bax A. // J. Am. Chem. Soc. 2003. V. 125. № 26. P. 7902.
  32. Rüchardt C., Gerst M., Nölke M. // Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 1992. V. 31. № 11. P. 1523.
  33. Wang G.-W., Li Y.-J., Li F.-B. et al. // Lett. Org. Chem. 2005. V. 2. P. 595.
  34. Markov V.Y., Borschevsky A.Y., Sidorov L.N. // Int. J. Mass Spectrom. 2012. V. 325–327. P. 100.
  35. Khatymov R.V., Markov V.Y., Tuktarov R.F. et al. // Ibid. 2008. V. 272. P. 119.
  36. Khatymov R.V., Tuktarov R.F., Markov V.Y. et al. // JETP Letters. 2013. V. 96. P. 659.
  37. Romanova N.A., Tamm N.B., Markov V.Y. et al. // Mendeleev Commun. 2012. V.22. P. 297.
  38. Kosaya M.P., Yankova T.S., Rybalchenko A.V. et al. // J. Phys. Chem. A. 2021. V. 125. P. 7876.
  39. Lavrent'eva O.N., Romanova N.A. // Abstracts of Invited Lectures & Contributed Papers. St. Petersburg, Russia, 2015. P. 77.
  40. Çelikkan H., Şahin M., Aksu M.L. et al. // Int. J. Hydrog. Energy. 2007. V. 32. № 5. P. 588.
  41. Spielmann H.P., Wang G.-W., Meier M.S. et al. // J. Org. Chem. 1998. V. 63. P. 9865.
  42. Spielmann H.P., Weedon B.R., Meier M.S. // Ibid. 2000. V. 65. P. 2755.
  43. Clare B.W., Kepert D.L. // J. Mol. Struct. Theochem. 1994. V. 315. P. 71.
  44. Clare B.W., Kepert D.L. // Ibid. 2003. V. 621. P. 211.
  45. Clare B.W., Kepert D.L. // Ibid. 2003. V. 622. P. 185.
  46. Kepert D.L., Clare B.W. // Coord. Chem. Rev. 1996. V. 155. P. 1.
  47. Clare B.W., Kepert D.L. // J. Mol. Struct. Theochem. 1994. V. 303. P. 1.
  48. Boltalina O.V., Markov V.Y., Taylor R. et al. // Chem. Commun. 1996. V. 22. P. 2549.
  49. Clare B.W., Kepert D.L. // J. Mol. Struct. 2001. V. 536. P. 99.
  50. Boltalina O.V., Markov V.Y., Troshin P.A., et al. // Angew. Chem. Int. Ed. 2001. V. 40. № 4. P. 787.
  51. Popov A.A., Goryunkov A.A., Goldt I.V. et al. // J. Phys. Chem. A. 2004. V. 108. P. 11449.
  52. Shustova N.B., Mazej Z., Chen Y.-S. et al. // Angew. Chem. Int. J. 2010. V. 49. P. 812.
  53. Boltalina O.V., Goryunkov A.A., Markov V.Y. et al. // Int. J. Mass Spectrom. 2003. V. 228. P. 807.
  54. Lier G.V., Cases M., Ewels C.P. et al. // J. Org. Chem. 2005. V. 70. P. 1565.
  55. Ewels C.P., Van Lier G., Geerlings P. et al. // J. Chem. Inf. Model. 2007. V. 47. № 6. P. 2208.
  56. Dorozhkin E.I., Ignat’eva D.V., Tamm N.B. et al. // Chem. Eur. J. 2006. V. 12. P. 3876.
  57. Dorozhkin E.I., Goryunkov A.A., Ioffe I.N. et al. // Eur. J. Org. Chem. 2007. P. 5082.
  58. Belov N.M., Apenova M.G., Rybalchenko A.V. et al. // Chem. Eur. J. 2014. V. 20. P. 1126.
  59. Tamm N.B., Fritz M.A., Romanova N.A. et al. // ChemistrySelect. 2022. V. 7. № 44. https://doi.org/10.1002/slct.202202214
  60. Tamm N.B., Fritz M.A., Romanova N.A. et al. // ChemistrySelect. 2022. V. 7. № 19. https://doi.org/10.1002/slct.202200968
  61. Романова Н.А., Фритц М.А., Чанг К. и др. // Изв. АН. Сер. хим. 2014. P. 2657.
  62. Romanova N.A., Fritz M.A., Chang K. et al. // Chem. Eur. J. 2013. V. 19. P. 11707.
  63. Troyanov S.I., Goryunkov A.A., Dorozhkin E.I. et al. // J. Fluor. Chem. 2007. V. 128. P. 545.
  64. Samokhvalova N.A., Khavrel P.A., Markov V.Y. et al. // Eur. J. Org. Chem. 2009. P. 2935.
  65. Kosaya M.P., Rybalchenko A.V., Lukonina N.S. et al. // Chem. Asian J. 2018. V. 13. № 15. P. 1920.
  66. Khavrel P.A., Serov M.G., Petukhova G.G. et al. // J. Fluor. Chem. 2020. P. 109598.
  67. Apenova M.G., Semivrazhskaya O.O., Borkovskaya E.V. et al. // Chem. Asian J. 2015. V. 10. P. 1370.
  68. Ovchinnikova N.S., Goryunkov A.A., Khavrel P.A. et al. // Dalton Trans. 2011. V. 40. P. 959.
  69. Wigfield D.C. // Tetrahedron. 1979. V. 35. № 4. P. 449.
  70. Bergosh R.G., Meier M.S., Laske Cooke J.A. et al. // J. Org. Chem. 1997. V. 62. P. 7667.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2.

Download (628KB)
Indexing metadata
3.

Download (404KB)
Indexing metadata
4.

Download (121KB)
Indexing metadata
5.

Download (128KB)
Indexing metadata
6.

Download (21KB)
Indexing metadata
7.

Download (18KB)
Indexing metadata
8.

Download (140KB)
Indexing metadata
9.

Download (266KB)
Indexing metadata
10.

Download (768KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2023 Н.А. Романова, В.Ю. Марков, А.А. Горюнков

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».