Фуллерен - бұл не? Сипаттар және фуллерендер өтініштер

Молекулалық allotropic көміртегі нысаны немесе оның модификациясы Фуллеренов, - ұзын желісі C _N көміртек атомдарының салынған дөңес многогранники жабық және (мұнда өте сирек ерекшеліктер бар) бесбұрыш немесе гексагональные қырлары бар _(N> 20) атом кластерлер. ильного фуллеренах көміртек атомдарының 3. үйлестіру санымен SP ² -Hybrid мемлекеттік болуы бейім Осылайша валенттілігі теориясы сәйкес сфералық бастайтын, қанықпаған жүйесін қалыптасады.

Жалпы сипаттама

тегіс тор, алтыбұрышты жасушалар тұратын шыңдары - көміртегі атомдары: әрең бір-бірімен Граф парақ байланысты дестесін ұқсайды графит, - көміртегі қалыпты жағдай нысан бойынша ең термодинамикалық тұрақты. Олардың әрқайсысы үш көрші атомдар байланысты, және төртінші валенттілігі электрон PI-жүйесін құрайды. Сондықтан Фуллеренов - бұл дәл осы молекулалық нысаны болып табылады, сурет SP ² -Hybrid мемлекеттік анық яғни. біз Граф парақ геометриялық ақауларын енгізу болса сөзсіз жабық құрылымын қалыптастырады. Мысалы, мұндай ақаулар ортақ алтыбұрышты көміртек химия бірге, бес-мүшелі сақиналар (бесбұрыш беттері), дәл сол болып табылады.

Эйлер теоремасы қарамастан алтыбұрышты қырларының саны, біз он екі бесбұрыштан енгізу егер шыңы бар жабық многогранника өндірістік ықтимал trohkoordinirovannymi екенін мәлімдейді. Демек, фуллерен ең төменгі мөлшері - ресми C ₂₀ он екі қырлы болып табылады. Алайда көміртек атомдарының саны аз жоғары, және көміртегі жазық үйлестіруді көреді, өйткені, сондықтан ² -Hybrid мемлекет SP үшін, өте қолайлы болып табылады бар, ұқсас құрылымдар қисықтық. оның таза түрінде ең кішкентай фуллерен алынған Сондықтан - тәсім тұрақты икосаэдра құрылымы _бар, C ₆₀ болып табылады. Онда алтыбұрышты беттері бір-бірімен барлық бесбұрыш бөлінеді. Фуллерен Химия оқшауланған Пентагон ереже осы фактіні атайды, және ол шын мәнінде қол жетімді фуллерен жатады.

формула

Gidrantirovanny C ₆₀ Фуллеренов (C ₆₀ HyFn) белгіленеді. Бірінші Shell гидранттары мен жиырма төрт су молекулаларының фуллерена C ₆₀ бір молекуласы тұрады Бұл берік гидрофильді супрамолекулалық кешені. C ₆₀ (H ₂ O) ₂₄ - Бұл кімнің формула Фуллеренов болып _{табылады.} Ол сырттай футбол доп ұқсас, жиырма алтыбұрышқа және он екі бесбұрыштан тұрады. Әрі қарай, барлық бесбұрыштан болар еді аралық құрылымдар ретінде ₇₀ қоспалар, оқшауланған болып фуллерена С саны жоқ. C ₇₈ фуллерена құрылымы бастап әрбір көміртек қаңқасының бірнеше тұрақты изомеров байқауға мүмкіндік береді. Теориялық ол кез келген, тіпті саны, «жоғары фуллерендер» көміртек атомдарының бар фуллерендер мүмкін.

доға фуллерендер дайындау жиі немесе электронды-сәулелі әдіс және гелий атмосферада графит лазерлік буландыру арқылы жүреді. реакторын бетінде жиналады күйе, бензол, толуол, ксилол немесе басқа органикалық еріткіштерді кері тоңазытқышпен емделіп жатыр. шешім қара конденсат, C ₇₀ және С ₆₀ фуллерендер, сондай-ақ жоғары фуллерендер өте аз мөлшерде тұратын он бес процентінен қалыптастыру, буланады.

түрлі furellenami арасындағы арақатынас синтез параметрлеріне байланысты әр түрлі болуы мүмкін, бірақ әдетте ₆₀ C, ол бірнеше есе көп, басым. Ең жоғары C _{78 арасында,} C ₇₆ және С _84. Жалпы суретте барлық өнімдердің фуллерена синтездеу үлесінің төмендеуі байқалады. Бұл бастапқыда буландыруға шағын кластерлер ірі құрылымдарды құрастыру төмен ықтималдықпен, ең алдымен, байланысты.

фуллерены бар су

ең көп таралған және зерттелген заттың бір молекуласы шын мәнінде жиырма төрт су молекуласын бар C _60, болып табылады. Бұл фуллерена молекуласының барлық атомдары балама болып табылады жоғары симметрия, бар. Оның сфералық нысаны туралы 0,36 нм және шамамен 0,5 нм радиусы атом ядроларының орталығынан қашықтығы. Бұл молекулалар бет-бағдарланған текше тор, үш қабатты тығыз сфералық орау болып табылатын молекулярлық кристалды құрайды. жоғары температурада, сұйық фазаны құрмай ₆₀ C sublimes. әлдеқайда нашар - барлық үздік, ол көміртек дисульфидтік еріткіштерді түріне, және полярлық хош иісті заттар еріген отыр. Созылған эллипсоидальной пішіні ₇₀ C, сондай-ақ жоғары фуллерены C ₆₀ өте ұқсас физикалық қасиеттері _бар.

Ал химия саласында олар әлдеқайда жомарт болып табылады және туынды олардың әр түрлі сыныптар алу үшін әрбір мүмкіндікті береді: Metallofullerenes, heterofullerene. қолда бар реакция сайтында - әрбір көміртек атомы, өйткені барлық ekzoendralnogo (outer-) қосылу, өнімдерін Отбасы бай. Бұл фуллерендер қасиеттері болып табылады. Олар пайда болуы мүмкін жаңа өнімдерді, галогендік атомы және сутегі, органикалық радикалдар, тиесілігі тіпті циклдары жасау арқылы қосылды. Осылайша фуллерены маусымдылығы құрама бар полимерлік материалдарды алынған. ₆₀ K C көміртегі қаңқасы бұзбай қырық сегіз орынбасарлары қосылады. Осылайша, мысалы, C ₆₀ F _{48 алынған,} және көптеген осындай қосылыстар іргетасы фуллерены болып, онда, игерілді.

қолдану

Дерлік фуллерены толық түрлі салалардағы мүдделіміз. олардың электрондық қасиеттерін ескере отырып оларға және жартылай ретінде олардың туындылары ретінде қарастыруға болады. Фуллерены оңай олар жоғары электронды-бас тарту мүмкіндігі бар, ультракүлгін сәуле жұтып. Барлық осы қасиеттері фотоэлектрлі, фотоэлектрлік датчиктер, түрлі молекулалық электроника күн-қуат құрылғылар оларды қолдануға мүмкіндік береді. Фуллерены фотодинамикалық терапия және м агенттер ретінде, вирусқа қарсы және микробқа қарсы агенттер ретінде медицинада пайдаланылады. П.

Қазіргі заманғы технологиялар көп фуллерены, сондай-ақ, олардың емдеу үшін жақсы және тиімді жұмыс әдістері алуға бірліктердің жалпы санын көбейту салыстырмалы тез мүмкіндік берді. құны, мысалы, C ₆₀ (грамм он мың он бес доллар) соңғы он бір жарым астам айтарлықтай азайды сондықтан. Қазір біз нақты өндірістік өтініштер мен фуллерены адамға құлап үшін жағдайға тап. Оларды пайдалану күн сайын өсіп келе жатқан және өсіп келеді.

ашу туралы ақпарат алу үшін

атақты сәулетші, инженер, олардың құрылымын негізінде геодезиялық құрылымын ойлап Richarda Bakminstera Fullera, атындағы Фуллерены. Алғашында, осы қосылыстар класы алты және тек бесбұрыш беттерді енгізілген құрылымы, шектелген. көміртек атомдарының қосымша молекуласының фуллерена құрамы осы әр түрлі химиялық элементтер бар, және олар көміртек қаңқасының, endohedral фуллерены деп аталатын сол шегінде орналасқан болса. басқа элементтердің атомдары фуллерендер тыс жерде болсаңыз exohedrally алынды. Олардың есімдері, бұл молекулярлық нысаны өте ұзақ бұрын болған жоқ - зерттеушілер тобы ФУЛЛЕРЕН күтпеген жаңалық ашты 1985 жылы. Шағын, Kroto, Курл және басқа да химиктер қатты лазерлі абляции (сәулелерінде) алынды графит жұп оқыды. шыңдары алпыс және жетпіс көміртек атомдарының кластерлерді сәйкес амплитудасы ең болды, ол табылған.

Сондықтан біз молекула C ₆₀ және С _70, сондай-ақ бірінші молекуласы тәсім икосаэдра түрінде салынған гипотезаны есептеледі. жай фуллерены - Ол bakminsterfullerenom және молекуласының қалған атындағы ең көп таралған C ₆₀ болып табылады.

Ғалымдар-химиктер-ақ сәулет білетін және т.б. ғимараттарына күмбезді салынған Фуллер, есінде - бесбұрыштан, шестигранников расщеплены, бұл фуллерендер мүлдем барлық молекулалық онтогенезі құрылымын негізі болып табылады. қызықты тарихы жоқ қызықты әңгіме емес, - Дегенмен, бұл болып табылады. сәл бұрын мұндай молекулалардың өмір мүмкіндігі туралы, ол Жапония (1971) жазылған, және теориялық негіздері КСРО (1973) алынған және жарияланды. Дегенмен, Kroto, Курл және шағын, ол алынған химия бойынша Нобель сыйлығын.

Табиғат және технология

таза фуллерен дайындау жасанды синтездеу арқылы мүмкін. Бұл қосылыстар қарқынды қалыптастыру жүреді жағдайларды белгілеу, түрлі елдерде оқып, фуллерена құрылымы және олардың қасиеттері болып саналады жалғастыру. қолдану барған өсіп өрісі. Ол доғалық разряд графитті электродтар қалыптасады күйеден қамтылған фуллерендер айтарлықтай сомасы, деп табылды. Бұрын осы факт ғана қайтадан ешқашан көрмеген.

фуллерены зертханалық жағдайда, көміртек молекулалар бойынша өндірілген және табиғатта анықталған бастады кезде. Карел, біз shungites үлгілері, Үндістан және АҚШ-та оларды табылған - furulgitah жылы. алпыс бес миллион жылдан кем емес, төменгі, кем метеориттер және шөгінділерінде, сондай-ақ көптеген және жиі көміртек молекулалар. Жер бетінде таза фуллерены найзағай және табиғи газды жағу құрылуы мүмкін. Жерорта теңізі астам қабылданған Эйр үлгілері, 2011 жылы зерттелді, және ол барлық үлгілері алынды деп табылған - Стамбул Барселона - фуллерен бар. заттың физикалық қасиеттері өздігінен қалыптасуына себеп. және газ тәріздес күйдегі, және қатты күйде - Сондай-ақ, бұл үлкен сомалар кеңістікте табылды.

синтез

фуллерендер оқшаулау бірінші эксперименттер қатты графит үлгілерін лазерлік сәуле сәулелендіру арқылы алынған графит қойытылған булардан, арқылы пайда болды. фуллерендер тек ізі алуға білді. Тек 1990 жылы химиктер Хаффман, Тоқты мен Кречмер грамм мөлшерде фуллерендер өндірістің жаңа әдісі әзірленді. Ол гелий атмосферада электр доға графитті электродтарды жанып және төмен қысыммен тұрды. анод эрозиясы және камералық қабырғалары фуллерены бар күйе үшін пайда.

Әрі қарай, күйе толуол немесе бензол ерітілген, және нәтижесінде ерітінді таза молекулалар C ₇₀ және С ₆₀ грамм тұрды _отыр. Қатынасы - 1: 3. Сонымен қатар, шешім ауыр және екі пайыз жоғары ретті фуллерендер құрады. Енді бұл оңай болды: булану үшін оңтайлы параметрлерін таңдау - фуллерендер барынша кірістілікті жету үшін, т.б. атмосфераның құрамын, қысым, электрод диаметрі, ағымдағы және. Олар нақты анодты материалды шамамен он екі пайызы болды. соншалықты қымбат фуллерены Сондықтан.

өнім

алдымен тәжірибелік ғалымдар барлық әрекеттері бекер болды: өндіруші фуллерендер өнімді және арзан әдістері болып табылады. жанып көмірсутектерді жалын немесе химиялық синтез ешқайсысы сәтсіз болды. электр доғалық әдісі ең нәтижелі болды, сіз бір сағатта фуллерендер шамамен бір грамм алуға мүмкіндік береді. Компания Mitsubishi көмірсутегін жануын дайындау тәсілі әзірледі, бірақ олар таза фуллерены емес - олар оттегі молекулаларының құрамында. Ал доға процестер Көріністің термодинамикалық тұрғыдан өте тұрақсыз болып табылады, өйткені ол әлі күнге дейін, осы заттың қалыптастыру механизмі түсініксіз болып қалады, және ол өте қатты теориясы қарастыруды тежейді отыр. бұлтартпайтын жеке фуллерена көміртек атомдары жинайды дәлелі, яғни C ₂ фрагменттері ғана. Алайда, бұл зат қалыптастыру жөнінде нақты көрініс қалыптаса қойған жоқ.

өртеп кезде фуллерен жоғары құны төмен шығымдылығы ғана емес анықталады. Оқшаулау, тазарту, күйеден түрлі массаларының фуллерендер бөлу - барлық осы процестер өте күрделі болып табылады. Әсіресе, бұл сұйық баған хроматография және жоғары қысым арқылы өткізіледі жекелеген молекулалық фракциялар, Қоспаны бөліп қатысты. еріткіш қалдықтары соңғы кезеңінде өзінде қатты фуллерен жойылады. Осы үлгідегі дейін екі жүз елу градус температурада динамикалық вакуум астында сақталады. фуллерендер химия, керемет танымал болды - Бірақ артықшылығы фуллерена C ₆₀ әзірлеу кезінде және қазірдің өзінде органикалық химия тәуелсіз филиалы өсті макроскопиялық көлемде алуға болады.

пайда

Фуллерен туынды техниканың әр түрлі салаларында қолданылады. Фольга және фуллерена кристалдар - оптикалық сәуле астында жартылай өткізгіш бар Фотопроводимость. Кристалдар сілтілік металдар C _60, егер легирленген атомдары, сверхпроводимости мемлекетке көшу. фуллерена шешімдер сызықты оптикалық қасиеттері бар, сондықтан қарқынды сәулелерден қорғау үшін қажетті оптикалық тиек негізі ретінде пайдаланылуы мүмкін. гауһар синтездеу үшін катализатор ретінде, сондай-ақ пайдаланылған фуллерен. Фуллерены кеңінен биология мен медицинада пайдаланылады. membranotropnyh липофильность анықтау, elektronodefitsit еркін радикалдар бар қабілеті өзара іс-қимылды беріп, сонымен қатар дәстүрлі өз қозғалған жай оттегі молекуласы беруге және оттегі синглет қосу мүмкіндігі: Ол осы молекулалардың үш қасиеттерін жұмыс істейді.

нуклеин қышқылдары, белоктар, липидтер: Мұндай реактивті заттар биомолекул шабуыл. Оттегінің белсенді обырды емдеу үшін ФДТ пайдаланылады. оның шын мәнінде фуллерены немесе туынды - науқастың қан оттегінің белсенді генерациялау, photosensitizers енгізілді. ісік, қан ағыны сау ұлпалардың қарағанда әлсіз болып табылады, және photosensitizers оған жинақталады, және молекуласының сәуле бағыты кейін реактивті оттегінің генерациялайтын қозғалуы себебі. қатерлі ісік апоптоз бастан жасушалары, және ісік жойылған. Сонымен қатар - фуллерены антиоксиданттық қасиетке және тұзақ оттегінің белсенді бар.

Фуллерен, конформаа өзгерту және негізгі функциясын апаттық құтқару жұмыстары оның айыра арқылы онымен өзара іс-қимыл арқылы ДНК вирусын біріктіру үшін жауапты протеин ВИЧ интеграз қызметін төмендетеді. фуллерена туынды Кейбір ДНҚ тікелей өзара іс-қимыл мен іс-қимыл restiktaz кедергі.

медицина туралы толығырақ

2007 жылы, суда еритін фуллерены аллергияға қарсы агенттер ретінде оларды жеп үшін қолданыла бастады. Зерттеулер фуллерена туынды қойылды адам қан және жасушалары жүргізілді - С60 (нетто) х және C60 (OH) х. тышқандар - - тірі ағзалардың эксперименттер нәтижелерін оң болды.

фуллерены бар су (мономолекулярлық C _{60 еске)} жасуша мембранасының өте оңай еніп, өйткені қазірдің өзінде, зат, есірткі жеткізу векторы ретінде пайдаланылады. Мысалы, эритропоэтин - бұл ұяшыққа түсіп, өйткені ол, фуллерендер бірге екі есе артық үшін концентрациясы артып пайдаланылады, егер бүйрек гормондар қан тікелей енгізілген, айтарлықтай мөлшерде тозған, және.