1,2-C₆₀H₂

1,2-C₆₀H₂ ist das der einfachste Vertreter der Fullerane, welche sich - wie der Name schon erahnen lässt - von den Fullerenen ableiten. Sie sind der erste Schritt um eine Synthesechemie mit Fullerenen zu betreiben, da sich jetzt leichter andere funktionelle Gruppen an das Molekül anfügen lassen um es zum Beispiel zu öffnen, um Fremdatome oder -moleküle einzufügen. So entstehen Verbindungen wie He@C₆₀. Ferner lassen sich so auch Buckyonions (Kunstwort aus dem englischen Begriff für Fullerene: Buckyballs und dem englischen Wort für Zwiebel: Onion; um die mehreren Schichten hervorzuheben) synthetisieren, wobei es sich um ein in einem Fulleren eingeschlossenes Fulleren handelt, wie zum Beispiel C₆₀@C₂₄₀:

(F. Cataldo, S. Iglesias-Groth - Fullerane p. 6)

Geräte:

Reaktionskolben, Magnetheizrührer, Ölbad, Messpipette, Vakuumpumpe, Destillationsanlage

Chemikalien:

(60)Fulleren

Toluol (F, Xn)


Natriumborhydrid (F, T)


Ethanol (F)



Durchführung:

In einem Reaktionsgefäß (Schlenkrohr oder Rundkolben) werden 35 mg C₆₀ vorgelegt, mit 35 ml Toluol überschichtet und bis zur vollständigen Auflösung gerührt, idealerweise über einem Ölbad. Anschließend wird ein Körnchen (0,78 mg, 0,5 eq.) Natriumborhydrid in absolutem Ethanol gelöst und zum Toluol gegeben. Die Lösung wird jetzt für 45 min auf 60 °C erwärmt und gerührt, was auch ohne Kühler geschehen kann.
In der Zeit verändert sich die Farbe von dem typischen Violettton zu einem Rot oder leichten Braun. Die resultierende Lösung wird dann im Vakuum eingeengt, wobei eine dunkelrote Lösung zurückbleibt aus der das 1,2-C₆₀H₂ kristallisiert werden kann. Ohne Reinigung durch Säulenchromatographie (Silicagel, CS₂), die sich bei kleinen Ansätzen kaum lohnt, besteht der verbleibende Rückstand aus 20% C₆₀, 66% 1,2-C₆₀H₂ und 14% höherer Fullerane. Die Ausbeute liegt nach chromatographischer Reinigung bei 59%.

Entsorgung:

Toluol und Ethanol werden recycelt oder dem halogenfreien Lösungsmittelabfall zugeführt, das Fulleran kommt in den organischen Feststoffabfall oder wird aufgehoben. Natriumborhydrid kann nach Hydrotolyse zu den anorganischen Abfällen gegeben werden.

Erklärung:

Durch die Reaktion des Borhydrids mit dem Ethanol entsteht ein Triethoxyborhydrid, welches über eine stärkere Reduktionskraft als das reine Borhydrid verfügt. So kann es die delokalisierten Elektronen eines Benzolringes angreifen und reduzieren und ist somit in der Lage eine (theoretische) Doppelbindung zu reduzieren.



Durch die Reduktion verliert das Fulleren an Aromatizität, was eine geringere Löslichkeit im Toluol und auch eine geringere Farbtiefe nach sich zieht. Während die Lösung des 1,2-C₆₀H₂ noch rot ist, ist eine Suspension des C₆₀H₁₈ bereits gelb und es bildet Niederschläge in aromatischen Lösungsmitteln.

Bilder:


Vor Beginn der Reaktion


Nach etwa 20 Minuten


Nach der Reaktionszeit


Eingeengte Lösung


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