独立五元环规则

独立五元环规则”( IPR 规则)：

1987 年,Kroto 等[4 ] 提出了决定富勒烯稳定性的“独立五元环规则”( IPR 规则) ,他认为,在稳定的富勒

烯结构中,所有的五元环都被六元环所隔离,相邻五元环的存在会带来较大的弯曲张力,如果富勒烯的球面

含有相邻分布的2 个或多个五元环,碳笼就会因为存在较大的张力而不稳定。图1为相邻五元环的几种基

图1非独立五元环本构型)

这一规则因与实验事实相符而在富勒烯研究领域被广泛接受,迄今为止所有已合成的未修饰的富

勒烯分子都严格遵循这一规则. 符合IPR 规则的富勒烯被称为IPR 富勒烯,反之则被称为非IPR 富勒烯.

表1 列出了不同碳数富勒烯Cn ( n = 20～100 ,除22 外的偶数) 的IPR 和非IPR 异构体的数目. 由此可见,对

于特定碳数的富勒烯,其非IPR 异构体的数目远远大于IPR 异构体的数目. 例如,就C60 和C70 而言,符合IPR 规则的富勒烯仅有1 种,而含相邻五元环的富勒烯在理论上分别有1 811 和8 148 种之多;再如,小于C60的所有富勒烯(3 958 种) 均不可避免地含有相邻五元环;随着碳原子数量的增加,含相邻五元环富勒烯的数量几乎是个天文数字. 此外,还有一类含杂原子的富勒烯———杂富勒烯(或异质富勒烯) ,由于其在超导、光电子器件等方面的潜在应用,也正受到越来越多科学家的关注. 本文结合课题组10 余年的研究工作,详细总结了迄今为止已报道的60 余种富勒烯新结构,包括IPR 富勒烯、非IPR 富勒烯和氮杂富勒烯的合成、分离和结构表征,并对今后富勒烯研究的内容和重点进行了预测.