Foulerèn - ki sa ki sa a? Pwopriyete yo ak aplikasyon pou nan fullerenes

Molekilè fòm allotropic nan kabòn oswa modifikasyon li yo, foulerèn, - yon long liy C _{N (n>} 20) grap atomik, ki fè yo fèmen konvèks polièdr bati nan atòm kabòn epi ki gen yon figi jiroalonje oswa egzagonal (isit la gen eksepsyon trè ra). atòm kabòn nan fullerenes yo unsubstituted gen tandans yo dwe sp ² -Hybrid leta ak yon PO kowòdinasyon nan 3. Se konsa, se te fòme yon esferik konjige sistèm enstore dapre teyori kosyon atomisite.

deskripsyon jeneral

pi thermodynamic ki estab anba nòmal kondisyon fòm lan nan kabòn - grafit, ki sanble yon pil diman konekte youn ak dra grafèn lòt: yon lasi plat, ki fòme ak selil egzagonal, kote somè - atòm kabòn. Chak nan yo ki asosye avèk twa atòm vwazen, ak elèktron a valence katriyèm fòme yon pi-sistèm. Se konsa, foulerèn - li se jisteman fòm sa a molekilè, sa vle di foto sp ² -Hybrid eta a se evidan. Si nou prezante nan fèy grafèn domaj yo jeyometrik inevitableman fòme yon estrikti fèmen. Pou egzanp, domaj sa yo, se bag senk-chèf_non (ap fè fas jiroalonje), ekzakteman menm bagay la, ansanm ak komen chimi kabòn egzagonal.

teyorèm Euler a eta yo ki pwodiksyon an nan yon poliyèd fèmen ak somè trohkoordinirovannymi posib si nou entwodui douz pentagon, kèlkeswa kantite a nan fas egzagonal. Pakonsekan, gwosè a minimòm de yon foulerèn - se fòmèlman A ₂₀ dodekayèd. Sepandan deviation estrikti ki similè yo, li te gen yon ti kantite atòm kabòn se wo, ak Se poutèt sa SP ² -Hybrid Eta a se pa trè favorab, depi kabòn pwefere PLANAR kowòdinasyon. Se poutèt sa pi piti a nan fòm pi jwenn foulerèn li yo - se C _60, li te gen estrikti a nan yon ikozayèd twonke regilye. Nan sa a, ap fè fas egzagonal yo separe soti nan chak lòt tout jiroalonje la. Foulerèn Chimi rele sa a fè izole pentagòn règ la, epi li se sijè a yon foulerèn reyèlman aksesib.

fòmil

Gidrantirovanny deziye C ₆₀ foulerèn (C ₆₀ HyFn). Sa a dirab idrofil konplèks supramolekulèr, ki gen ladann yon molekil nan foulerèn C a ₆₀ nan idran nan koki premye ak ven kat molekil dlo. Sa a se foulerèn a ki gen fòmil - C ₆₀ (H ₂ O) _24. Li konsiste de ven ègzagon ak douz pentagon, sou deyò fè l sanble souvan yon balon foutbòl. Pli lwen, yon kantite foulerèn C ₇₀ sipleman kòm estrikti entèmedyè, ki ta dwe tout pentagon yo izole, pa egziste. Depi C ₇₈ estrikti foulerèn pèmèt yo obsève plizyè MIXED ki estab nan chak kilè eskèlèt kabòn. Teyorikman li se posib ke gen fullerenes ak atòm kabòn nan nenpòt ki nimewo menm, "pi wo fullerenes".

preparasyon an nan fullerenes pa arc ak rive pi souvan oswa metòd elèktron-gwo bout bwa ak pa evaporasyon lazè a grafit nan yon atmosfè elyòm. Swi, ki kondans sou sifas la nan raktor a, se trete nan rflu benzèn, TOLUENE, XYLENE oswa lòt Solvang òganik. se solisyon an lèt évaporé OU, fòme yon kondansasyon nwa, dis a kenz pousan ki fòme ak C ₇₀ ak C ₆₀ fullerenes osi byen ke anpil ti kantite lajan nan pi wo fullerenes.

Rapò a ant diferan furellenami ka varye, tou depann de paramèt yo sentèz, men tipikman ₆₀ C Vanport, li se plizyè fwa pi plis. Pami pi pi wo C a _78, A ₇₆ ak C _84. Nan foto an jeneral gen yon n bès nan pwopòsyon kantite moun ki foulerèn sentèz nan tout pwodwi yo. Sa a se akòz, gen plis chans, ak yon pwobabilite ki ba nan rasanble estrikti gwo nan grap ti okòmansman lèt évaporé OU.

Dlo ki gen fullerenes

Ki pi komen an ak anpil etidye se C _60, kote yon molekil nan sibstans la aktyèlman gen ven-kat molekil dlo. Sa a molekil foulerèn gen yon simetri segondè, kote tout atòm yo ekivalan. fòm esferik li se distans la soti nan sant la nan nwayo a atomik nan sou 0.36 NM ak yon reyon sou 0.5 NM. Li fòme yon kristal molekilè nan ki molekil yo fas-santre kib lasi, twa-kouch peple procesna esferik. Nan tanperati ki wo, ₆₀ C sublim san yo pa fòme yon faz likid. Pi bon nan tout li se fonn nan sibstans ki sou yo aromat de ki kalite Solvang bisulfur kabòn, ak polè - pi mal. Yon long elipsoidal fòm ₇₀ C, osi byen ke pi wo fullerenes gen pwopriyete fizik trè menm jan ak C _60.

Ak nan jaden an nan chimi yo pi plis jenere epi bay tout opòtinite yo ka resevwa klas diferan yo nan dérivés: Metallofullerenes, heterofullerene. Fanmi nan pwodwi pi rich tout ekzoendralnogo (outer-) koneksyon, paske chak atòm kabòn - sit reyaksyon ki disponib. Sa yo se pwopriyete yo nan fullerenes. Yo ansanm ak kreye nouvo pwodwi yo, atòm alojene ak idwojèn, radikal òganik, afilyasyon menm sik ka rive. Se konsa jwenn polymère materyèl ki gen fullerenes multigrad konpoze. ₆₀ K C kontre ak karant-uit substituan san yo pa detwi kilè eskèlèt la kabòn. Se konsa, pou egzanp, te jwenn nan C ₆₀ F _48, ak anpil konpoze sa yo, se itilize, kote fondasyon an se fullerenes.

aplikasyon

Prèske fullerenes ki enterese nan zòn konplètman diferan. Nan sans de pwopriyete elektwonik yo ka konsidere kòm yo ak dérivés yo kòm smikondukteur. Fullerenes fasilman absòbe radyasyon UV, yo gen gwo kapasite elèktron-retire. Tout pwopriyete sa yo fè li posib pou aplike pou yo nan fotovoltaik a, detèktè photo-électrique, solè ki mache ak pil aparèy nan divès kalite elektwonik molekilè. Fullerenes yo itilize nan medikaman kòm ajan antiviral ak antibiotics, kòm ajan nan terapi fotodinamik ak m. P.

Teknoloji modèn te pèmèt relativman byen vit ogmante kantite total inite yo ka resevwa plis fullerenes yo tou pi bon ak pi efikas metòd k ap travay pou tretman yo. Se pou rezon sa a depans pou, pou egzanp, C ₆₀ te refize anpil sou dis syèk ki sot pase a ak mwatye nan yon (ak dis mil nan dis a kenz dola pou chak gram). Koulye a, nou ap fè fas ak yon sitiyasyon kote pou aplikasyon pou reyèl endistriyèl ak fullerenes tonbe nan moun nan. sèvi ak yo ap grandi ak ap grandi chak jou.

Pou plis enfòmasyon sou ouvèti

Fullerenes rele apre achitèk la popilè yo ak enjenyè Richard Bakminstera Fullera, ki moun ki sou baz la nan estrikti yo envante estrikti a jeodezi. Nan premye fwa, se klas sa a nan konpoze limite a sa sèlman estrikti a, ki gen ladan yo sèlman sis-yo ak jiroalonje ap fè fas yo. Si konpozisyon sa a nan molekil la foulerèn nan adisyon nan atòm kabòn ap prezan divès kalite eleman chimik, epi yo ap sitiye nan kilè eskèlèt la kabòn, sa yo ki rele fullerenes endohedral. Si atòm yo nan lòt eleman yo ki localize andeyò fullerenes yo ap jwenn exohedrally. non yo, fòm sa a molekilè pa t 'trè lontan de sa - nan 1985, lè yon gwoup chèchè te fè dekouvèt la inatandi nan foulerèn. Ti, Kroto, Curl ak lòt famasi etidye pè grafit ki te jwenn nan lazè ablation (iradyasyon) solid. Yo te jwenn tèt ki gen yon anplitid maksimòm ki koresponn a gwoup la nan swasant ak swasanndis atòm kabòn.

Se konsa, nou kalkile molekil la C ₆₀ ak C _70, osi byen ke ipotèz la ki molekil nan premye bati nan fòm nan yon ikozayèd twonke. Li se pi komen C ₆₀ yo te rele bakminsterfullerenom a ak rès la nan molekil la - jis fullerenes.

Syantis-famasi yo byen vèrs nan achitekti ak vin chonje Fuller, ki moun ki bati bòl la sou bilding yo konsa - pentagon, ègzagon fondu, ki se fondasyon an nan estrikti a nan vye zo eskèlèt yo molekilè nan absoliman tout nan fullerenes. Sepandan, sa a se - yon istwa kaptivan, epi yo pa san yo pa yon istwa ki enteresan. Sou posibilite pou egzistans lan nan molekil sa yo yon ti jan pi bonè li te ekri nan Japon (1971), ak baz la teyorik te jwenn epi pibliye nan Sovyetik la (1973). Men, li Kroto, Curl ak ti resevwa Prize la Nobèl nan chimi.

Nature Center, ak teknoloji

Preparasyon nan foulerèn pi bon kalite se posib pa sentèz atifisyèl. Konpoze sa yo kontinye intans etidye nan diferan peyi, mete kondisyon ki fòmasyon yo rive, epi yo konsidere kòm estrikti foulerèn ak pwopriyete yo. Yon jaden de pli zan pli ap grandi nan aplikasyon an. Li te jwenn ki yon kantite siyifikatif fullerenes genyen nan yo nan swi a, ki se te fòme sou elektwòd grafit nan yon egzeyat arc ak. Byen bonè reyalite sa a tou senpleman pa janm wè ankò.

Lè fullerenes yo te pwodwi nan kondisyon laboratwa, molekil kabòn ak te kòmanse yo dwe detekte nan lanati. Nan Karelia, nou jwenn yo nan shungites echantiyon, peyi Zend ak Etazini yo - nan furulgitah. Epitou anpil ak souvan molekil kabòn nan meteyorit ak sediman nan pati anba a, ki se pa pi piti pase swasant-senk milyon ane. Sou Latè fullerenes pi bon kalite ka ki fòme nan zèklè ak ki degaje konbisyon a nan gaz natirèl. echantiyon Air pran sou Mediterane a, yo te etidye nan 2011, epi li te jwenn li ke tout echantiyon pran - soti nan Istanbul nan Barcelona - gen yon foulerèn. pwopriyete fizik nan sibstans la lakòz fòmasyon nan bagay bwèf. Epitou gwo kantite lajan nan li yo jwenn nan espas - ak nan eta a ki gaz, ak nan yon fòm solid.

sentèz

eksperyans yo an premye nan izòlman nan fullerenes ki te fèt nan kondanse vapè nan grafit, ki te jwenn nan iradyasyon nan iradyasyon lazè nan echantiyon grafit solid. Jere yo ka resevwa tras sèlman nan fullerenes. Se sèlman nan 1990 pa famasi Huffman, ti Mouton ak Kretschmer devlope yon nouvo metòd pou pwodiksyon de fullerenes nan kantite gram. Li fèt an boule elektwòd grafit pa yon arc ak elektrik nan yon atmosfè nan elyòm ak anba presyon ki ba. Èske ewozyon an nan anodik la ak miray ranpa yo chanm parèt devan swi ki gen fullerenes.

Pli lwen, swi se fonn nan TOLUENE oswa benzèn, ak solisyon a ki kapab lakòz te kanpe gram molekil pi bon kalite C ₇₀ ak C _60. Pwopòsyon - 1: 3. Anplis de sa, yon solisyon ki gen ladan yo lou ak de pousan pi wo fullerenes lòd. Koulye a, li te fasil: chwazi paramèt yo pi bon pou evapore - konpozisyon sa a nan atmosfè a, presyon, electrodes dyamèt, aktyèl yo ak sou sa, reyalize sede a maksimòm de fullerenes. Yo te jiska apeprè douz pousan nan materyèl la anodik vrè. Se pou rezon sa fullerenes tèlman chè yo.

pwodiksyon

Tout eseye syantis eksperimantal nan premye te nan gremesi: metòd yo pwodiktif ak pi bon mache nan pwodwi fullerenes yo. Ni flanm dife a boule nan idrokarbur oswa sentèz chimik te fèt san siksè. elektrik arc ak metòd ki te la ki pi pwodiktif, pèmèt ou resevwa apeprè yon gram nan fullerenes pou chak èdtan. te Mitsubishi Konpayi an devlope yon metòd pou fabrikasyon ki degaje konbisyon an nan hydrocarbures, men yo menm yo pa fullerenes pi bon kalite - yo genyen ladan yo molekil oksijèn. Se konsa, lwen li rete klè mekanis nan fòmasyon nan sa a sibstans, paske pwosesis yo arc ak yo ekstrèman enstab soti nan yon pwen de vi Thermodynamic, epi li se trè fòtman inibit konsiderasyon de teyori a. Se sèlman inatakabl prèv ki montre kolekte moun foulerèn atòm kabòn, dir C ₂ fragman. Sepandan, foto a klè nan fòmasyon nan sa a sibstans pa te fòme.

Se pri a wo nan foulerèn detèmine pa sèlman pwodiksyon an ba lè boule. Izolasyon, pou pirifye, separasyon nan fullerenes nan mas diferan nan swi - tout pwosedi sa yo yo se byen konplèks. Espesyalman li enkyetid separe melanj lan nan fraksyon separe molekilè, ki fè yo ki te fèt nan likid kwomatografi kolòn ak presyon ki wo. Nan faz ki sot pase a nan résidus sòlvan yo retire nan foulerèn la deja solid. Pou sa echantiyon, yo kenbe yo anba vakyòm dinamik nan yon tanperati ki rive jiska de san ak senkant degre. Men, avantaj la se ke pandan devlopman nan foulerèn C ₆₀ ak resevwa l 'an kantite makro te deja chimi òganik grandi endepandan branch - chimi la nan fullerenes, ki te vin èkstrèmeman popilè.

benefis

dérivés foulerèn yo te itilize nan jaden divès kalite nan teknoloji. Feuilles ak kristal foulerèn - semi-conducteurs gen fotokonduktivite anba optik iradyasyon. Cristaux C _60, si dope atòm nan metal asid, tranzisyon nan yon eta de suprakonduktivite. solisyon foulerèn gen linear pwopriyete optik, ak Se poutèt sa kapab itilize yo kòm baz la nan panno optik ki nesesè pou pwoteksyon kont radyasyon an entans. Epitou foulerèn itilize kòm yon katalis pou sentèz dyaman. Fullerenes yo lajman ki itilize nan byoloji ak medikaman. Li anplwaye twa pwopriyete nan molekil sa yo: detèmine lipophilicity membranotropnyh, elektronodefitsit bay entèraksyon kapasite ak radikal gratis, men tou, kapasite nan transfere molekil oksijèn konvansyonèl pwòp eta eksite yo epi yo vire mayo a oksijèn.

Sa yo sibstans ki sou reyaktif atake molécules: asid nikleyik, pwoteyin, lipid. espès oksijèn reyaktif yo te itilize nan terapi fotodinamik pou tretman kansè. Nan pasyan an san se administre photosensitizers ki jenere reyaktif oksijèn espès - aktyèlman fullerenes oswa yo dérivés. sikilasyon san an nan timè a se pi fèb pase nan tisi an sante, epi paske photosensitizers akimile nan li, epi apre yon direksyon ki iradyasyon nan molekil la yo eksite pa génération espès oksijèn reyaktif. selil kansè ki gen apoptoz, epi li se timè a detwi yo. Anplis de sa nan sa - fullerenes gen pwopriyete antioksidan ak pèlen espès oksijèn reyaktif.

Foulerèn diminye VIH aktivite entegraz, yon pwoteyin ki responsab pou entegrasyon an nan viris la nan ADN lan pa kominike ak li pa chanje konformasyon a ak privasyon l 'nan demolition fonksyon prensipal la. Gen kèk nan dérivés foulerèn kominike dirèkteman ak ADN ak anpéché restiktaz nan aksyon.

Plis enfòmasyon sou medikaman

An 2007, fullerenes yo dlo-idrosolubl te kòmanse yo dwe itilize pou manje yo ajan kòm antialèrjik. Etid yo te fèt sou san moun ak selil ki te ekspoze dérivés foulerèn - C60 (nèt) x ak C60 (OH) x. Nan eksperyans sou k ap viv òganis - sourit - rezilta yo te pozitif.

Deja, yon sibstans ki sou itilize kòm yon vektè livrezon dwòg, paske dlo a ki gen fullerenes (sonje idrofob C ₆₀₎ Penetration manbràn selilè a se trè fasil. Pou egzanp, eritropoyetin - òmòn ren antre dirèkteman nan san an, se degrade nan yon kantite siyifikatif, epi si li se itilize ansanm ak fullerenes, konsantrasyon ogmante nan plis pase doub, paske li rantre nan selil la.