5. Карбин в природе

Новая аллотропная форма углерода была обнаружена и в природе. В 1942 г. при анализе пород из Аризонского кратера был обнаружен кристаллический белый порошок, который состоял только из углерода. В 1967 г. советский геохимик Г.П.Вдовыкин сообщил об обнаружении аналогичной кристаллической формы в метеорите Новый Урей. В 1968 г. появилось сообщение исследователей из США А.Э.Гореси и Г.Доннея о находке «белого углерода» в виде серебристо-белых прожилок и вкраплений в графитовых частицах, выделенных из образцов гнейсов метеоритного кратера.

По своим оптическим свойствам «белый углерод» не был похож ни на природный алмаз, ни на искусственно полученную его полиморфную модификацию – лонсдейлит. Поскольку примесь новой фазы содержалась только в образцах графита, где силикаты были расплавлены до стеклообразного состояния, авторы предположили, что он образовался из графита под действием высоких температуры и давления.

Рентгенографические исследования показали, что обнаружена новая форма углерода. «Белый углерод» тверже алмаза, прозрачен, бесцветен или имеет белую или серовато-зеленую окраску. Гореси и Донней дали новому минералу название «чаоит». Они и предположить не могли, что еще в 1960 г. это вещество уже было синтезировано в лаборатории.

В дальнейшем А.Виттекер, изучив образцы природного графита из различных регионов мира, обнаружил во всех этих образцах небольшие примеси чаоита, а в 1973 г. он установил, что свойства и кристаллические параметры чаоита полностью совпадают с установленными для карбина. Вероятно, чаоит представляет собой смесь двух разновидностей карбина либо имеет сложно построенные цепи со структурными элементами полиинового и поликумуленового типов и является карбиноподобным веществом.

Чаоит был синтезирован в лабораторных условиях как под высоким давлением, так и в вакууме. Это экспериментально подтвердило предположение его первооткрывателей об условиях образования чаоита в природе. [4]

6. Открытие карбина

В 1959–1960 гг. в лаборатории высокомолекулярных соединений ИНЭОС, возглавляемой академиком Коршаком, проводились систематические исследования реакции окислительного сочетания диацетиленовых соединений. Было установлено, что в присутствии солей двухвалентной меди эта реакция может быть проведена с любыми диацетиленовыми соединениями с образованием полимеров, элементарное звено которых сохраняет углеродный скелет исходногодиацетилена. При этом сначала образуются полимерныеполиацетиленидыCu(I). Этот вариант реакции окислительного сочетания был назван окислительной дегидрополиконденсацией.

Ученые предположили, что в качестве мономера для такой поликонденсации можно взять и ацетилен. Действительно, при пропускании ацетилена в водно-аммиачный раствор соли Cu(II) быстро выпадал черный осадок. Именно этот путь привел А.М.Сладкова, В.В.Коршака, В.И.Касаточкина и Ю.П.Кудрявцева к открытию линейной формы углерода, которую они, по предложению Сладкова, назвали «карбин» (от лат. carboneum (углерод) с окончанием «ин», принятым в органической химии для обозначения ацетиленовой связи).

По словам первооткрывателей карбина, самым сложным для них было определить, какими же связями соединены в цепочку углеродные атомы. Ведь это могли быть чередующиеся одинарные и тройные связи (–С≡С–), а могли быть только двойные (=С=С=С=С=), могло быть и то и другое одновременно. Лишь через несколько лет удалось доказать, что в полученном карбине двойных связей нет.

Однако, поскольку теория допускала существование также и углеродного линейного полимера только с двойными связями, необходимо было попытаться получить и эту разновидность. В 1968 г. В.П.Непочатых (аспирантка Сладкова) встречным синтезом (восстановлением полимерного гликоля) получила новый линейный полимер углерода с кумуленовыми связями, его назвали поликумулен. Доказательством такого строения стал тот факт, что при озонировании поликумулена получается только диоксид углерода.

Итак, были получены две формы линейного углерода: полииновая

(–С≡С–)_n, или α-карбин, и поликумуленовая (=С=С=)_n, или β-карбин. Авторами открытия было проведено детальное исследование структуры карбина различными методами, изучены его термодинамические и электрофизические свойства.

Высокую оценку работам группы А.М.Сладкова дали академики Н.В.Белов, Н.К.Кочетков, А.Н.Теренин и др. Очень благосклонно относился к этим исследованиям и директор института академик А.Н.Несмеянов, который отметил, что такие работы не часто бывают в науке – «как алмаз в природе».

Существование карбина официально не признавалось до обнаружения его в природе в конце 1960-х гг. Официальное признание сделанного открытия затянулось: заявка на способ получения карбина была зарегистрирована как открытие с приоритетом от 4 ноября 1960 г. лишь 7 декабря 1971 г..[5]