从“球烯”到“球碳”

1985年，Kroto和Smalley等人用激光照射石墨，通过质谱法检测出C₆₀分子。1990年开始用石墨电极放电以及在稀有气体气氛中用不完全燃烧芳香烃方法，制备出常量的C₆₀和C₇₀等产品，标志着碳的第三种同素异构体的诞生。这种碳的同素异构体分子，呈近似球形或椭球形的封闭多面体外形。对于C₆₀这类分子，国内外学者先后用过多种名称：因C₆₀分子的外形像足球，称它为footballene(足球烯)；因分子外形像建筑师Buckminster Fuller设计的圆屋顶，命名这类分子为buckminster fullerenes、bucky balls(布基球、巴奇球)、buckminsterenes、fullerenes(富勒烯、富勒碳)；因分子呈笼形结构，称它为碳笼；因分子全部由碳原子组成，称为全碳分子等等。现在国际上更多地采用fullerenes这个名称。1992年，我在“碳的结构化学的新进展”一文中见大学化学。1992，7(4)，29]将C₆₀和C₇₀这类物质称为球烯，将含有特定碳数的球烯分子标明碳原子数，例如球烯-C₆₀，球烯-C₇₀等。还在我编著的《结构化学基础》的结构和《结构和物性》等书中采用这个名词。不久前，我阅读了吴国庆教授的文章“‘富勒烯’一词不科学”见大学化学。1998，13(5)，24]。他认为将单质碳命名为“某某烯”会破坏汉语化学用词的既定规则。因为“烯”是一类由碳和氢组成，含有CC基团的化合物。我认为他言之有理，决定将“球烯”改为“球碳”，并在我编著的教科书中予以修改。现将新出版的《结构化学基础》(第二版)，周公度和段连运编著，1998年12月第4次印刷]有关球碳及球碳族化合物的名称和符号的一段文字列于下面。球碳(fullerenes)是球形而有不饱和性的纯碳分子，是由几十个甚至上百个碳原子组成的封闭多面体。现在研究较多的是C₆₀，其次是C₇₀和C₈₄等。对于足球形的球碳-C₆₀，60个碳原子组成12个五元环面，20个六元环面，共有90条边的多面体(见图)。每个碳原子参加形成2个六元环和1个五元环，3个σ键键角之和为348°，∠CCC平均为116°。碳原子的杂化轨道介于sp²(石墨)和sp³(金刚石)之间，为sp^2.28，即每个σ轨道近似地含有s成分30.5%，p成分69.5%。而垂直球面的π轨道s成分8.8%，p成分91.2%。单质的成键规律在一定程度上将在由这些元素所形成的化合物中得到继承。碳的三种异构体的结构特征和成键规律也将相应地在三族有机化合物中得到体现(见下表)。脂肪族化合物(RX)的典型代表是正烷烃C_nH_2n+2，它的结构特征是由四面体取向成键的碳原子连接成一维的碳链。R是脂肪烃基团，X为置换H原子的各种基团。芳香族化合物(ArX)的典型代表是苯C₆H₆。它的结构特征是由平面三角形成键的碳原子组成二维平面结构。Ar是芳香基团，X为置换H原子的各种基团。球碳族化合物(FuX)的典型代表是含球碳-C₆₀基团的化合物。球碳基团的结构特征是由球面形成键的碳原子组成三维封闭的多面体，Fu为球碳基团，X为加成于球面上的各种基团。