Fulerenowych - kas tai? Savybės ir pritaikymo fulerenów

Molekulinė forma anglies arba Alotropia modifikacijų fulereno - yra ilga serija atominių grupių C _{N (n & gt;} 20), kuris yra uždarytas išgaubtą Polyhedra, sudarytą iš anglies atomų ir turinti penkianario arba šešiakampiai veidus (yra labai retų išimčių). Anglies atomai aukščiau nepakeistų fulerenų linkę būti ^sp2 -Hybrid būklę su koordinavimo skaičiaus 3. Taigi yra suformuota rutulio formos konjugato neprisotintą sistemą pagal valentinę jungtį teorija.

bendras aprašymas

Labiausiai termodinamiškai stabili normaliomis sąlygomis forma anglies - grafito, kuris atrodo kaip kamino sunkiai prijungtas vieni su kitais grafeno lakštų: vienodo grotelės, sudarytas iš šešiakampių gardelių, kur viršūnių - anglies atomų. Kiekvienas iš jų yra susijęs su trijų kaimyninių atomų, ir ketvirtas valentinės elektronų formos PI-sistema. Taigi, fulereno - tai būtent ši molekulinė forma, ty vaizdas ^sp2 -Hybrid būsena yra akivaizdus. Jei sudaryti grafeno lakštų geometrinių defektų neišvengiamai formuoja uždarą struktūrą. Pavyzdžiui, tokie defektai yra penkių narių žiedų, paimtų (penkiakampiai grūdeliai), lygiai taip pat, kartu su bendrąja šešiakampio anglies chemijos.

Oilerio teorema teigia, kad uždaroje polyhedron su viršūnių gamyba trohkoordinirovannymi įmanoma, jei mes pristatome dvylika penkiakampių, nepriklausomai nuo šešiakampės veidų skaičiaus. Taigi, minimalus dydis fulerenowych - formaliai C ₂₀ Dwunastościan. Tačiau kreivumą panašių struktūrų, turintys nedidelį anglies atomų skaičių yra didelis, ir todėl sp ² -Hybrid būklė nėra labai palanki, nes anglies pageidauja plokštuminį koordinavimo. Štai kodėl mažiausias savo gryna forma gautas fulereno - yra C _60, kurio struktūra yra nupjauto taisyklingas ikosaedras. Jame šešiakampiai veidai yra atskirti vienas nuo kito visą penkiakampė. Fulerenowych Chemija ragina šio fakto izoliuotą Pentagonas taisyklė, ir ji yra taikoma tikrai prieinamą fulerenowych.

formulė

Gidrantirovanny Pažymėta, C ₆₀ fulereno (C ₆₀ HyFn). Tai patvarus hidrofilinis supermolekulinė kompleksas, kuris susideda iš vieno molekule fulereno C ₆₀ į pirmąją apvalkalo hidranto ir dvidešimt keturias vandens molekulių. Tai yra fulereną kurio formulė - C ₆₀ (H ₂ O) _24. Jis susideda iš dvidešimt šešiakampių ir dvylika pentagons, išoriškai panašus į futbolo kamuolys. Be to, daugelyje fulereno C ₇₀ papilduose, kaip tarpinių struktūrų, kurios būtų visi pentagons yra izoliuotas numeris, neegzistuoja. Nuo C ₇₈ fulereno struktūra leidžia stebėti kelias stabilias izomerus kiekvieno anglies skeletu. Teoriškai ji yra įmanoma, kad ten fulerenų su anglies atomais, bet lyginio skaičiaus, "aukštesnių fulerenų".

Iš fulerenų paruošimas lanko dažniau arba elektronų spindulio metodą ir naudojant lazerio garinant grafito atmosferoje gel. Suodžių, kuris kondensuojasi ant reaktoriaus paviršiaus, yra gydomas virinant su grįžtamuoju šaldytuvu benzenas, toluenas, ksileno arba kitų organinių tirpiklių. Tirpalas išgarinamas, formavimo juodą kondensatą, dešimt ar penkiolika procentų, susidedančios iš fulereno C ₇₀ ir C _60, taip pat kaip labai maži aukštesnių fulerenų.

Tarp skirtingų furellenami santykis gali skirtis, priklausomai nuo sintezės parametrų, bet paprastai ₆₀ C vyrauja, ji yra kelis kartus didesnis. Tarp labiausiai aukščiausios C _78, C ₇₆ ir C _84. Į bendrą įspūdį yra į fulereno sintezės visus produktus proporcingai mažėja. Taip yra dėl, greičiausiai, mažai tikėtina, kad sukurti didelių struktūras mažų grupių pradžių išgarina.

Vandens, kuriame fulerenų

Labiausiai paplitusi ir plačiai tiriamas yra C _60, kur vienas molekulė medžiaga yra iš tikrųjų turi dvidešimt keturias vandens molekules. Tai fulereno molekulė turi aukštą simetrija, kur visi atomai yra ekvivalentas. Jo sferinės formos yra atstumas nuo atomo branduolių centro iki maždaug 0,36 nm ir maždaug 0,5 nm spinduliu. Jis suformuoja molekulinę kristalą, kurioje molekulės yra veido orientuotą kubinių grotelės, trijų sluoksnių tankiausias sferinės pakavimo. Aukštoje temperatūroje, ₆₀ C sublimuoja Nesusidarydama skystą fazę. Geriausios iš visko tai yra ištirpinamas aromatinių medžiagų anglies disulfido tirpiklių tipą ir Polar - daug blogiau. Pailgos elipsės formos ₇₀ C, taip pat didesnis fulerenų turi fizines savybes, labai panašių į C _60.

Ir chemijos srityje jie yra daug dosnesni ir suteikti kiekvienam galimybę gauti jų skirtingų išvestinių finansinių priemonių klasių: Metallofullerenes, heterofullerene. Šeimos produktų turtingesnių visi ekzoendralnogo (outer-) prijungimo, nes kiekvienas anglies atomas nebūtinai - turima reakcijos vietoje. Tai yra fulerenów savybės. Jie yra sujungti, sukuriant naujus produktus, halogenų atomų, o vandenilį, organinių radikalus, priklausomybė gali atsirasti net ciklų. Tokiu būdu gautas polimerinių medžiagų, kurių sudėtyje yra fulerenų Multigrade junginį. ₆₀ K C prisijungia keturiasdešimt aštuoni pakaitais, be sunaikinti anglies skeletas. Taigi, pavyzdžiui, gautas C ₆₀ F _48, ir daug tokie junginiai yra naudojami, kur pagrindas yra fulerenų.

taikymas

Beveik fulerenų domisi visiškai skirtingose srityse. Atsižvelgiant į jų elektroninės savybės gali būti laikoma jų ir jų dariniai puslaidininkiai. Fulerenai lengvai sugeria UV spindulių, jie turi didelį elektronų-panaikinimo galimybę. Visos šios savybės, kad būtų galima jas taikyti į fotoelektros, fotoelektrinius jutiklius, saulės energija varomas prietaisai įvairių molekulinių elektronikos. Fulerenų yra naudojami medicinoje kaip anti-virusinių ir anti-mikrobinių agentų, kaip agentai fotodinaminei terapijai, ir taip toliau. N.

Šiuolaikinės technologijos leido gana greitai padidinti iš viso vienetai gauti daugiau fulerenų taip pat geriau ir efektyviau darbo metodai jų gydymas. Štai kodėl kaina, pavyzdžiui, C ₆₀ gerokai sumažėjo per pastaruosius pusantro dešimtmečio (su dešimties tūkstančių iki dešimties iki penkiolikos dolerių už gramą). Dabar mes susiduriame su situacija, kai nekilnojamojo pramoniniams taikymams ir fulerenów patenka į asmenį. Jų naudojimas auga ir auga kiekvieną dieną.

Daugiau informacijos apie atidarymą

Fulerenai pavadintas garsaus architekto ir inžinieriaus Richarda Bakminstera Fullera, kuris dėl jų struktūros pagrindu išrastas geodeziniai struktūrą. Per pirmąjį, šis klasės junginių, yra tik struktūra, kurioje, inter alia tik šešis-ir penkianario veidus. Jei fulereno molekulės, be anglies atomų kompozicija yra pateikti įvairūs cheminiai elementai, ir jie yra per anglies skeletu, pašauktųjų endohedral fulerenus. Jei kitų elementų atomai yra išdėstyti ne fulerenų gaunami exohedrally. Jų vardai, tai molekulinis forma nebuvo labai seniai - 1985 metais, kai mokslininkų grupė padarė netikėtą atradimą fulerenowych. Mažas, kurmiai, Curl ir kitų chemikų tiriamas grafito porų, kurios buvo gautos naudojant lazerio abliacijos (švitinimo) kietos medžiagos. smailės buvo rasta, kuri turėjo maksimalų amplitudę, atitinkančią šešiasdešimt ir septyniasdešimt anglies atomų grupių.

Todėl mes apskaičiuojamas molekulę C ₆₀ ir C _70, taip pat hipotezę, kad pirmasis molekulė yra pastatytas nupjauto icosahedron formos. Tai labiausiai paplitęs C ₆₀ pavadintas bakminsterfullerenom ir molekulės poilsio - tiesiog fulerenów.

Mokslininkai-chemikai yra gerai išmanantis architektūros ir prisiminiau Fuller, kuris pastatytas kupolas ant pastatų panašiai - penkiakampių, šešiakampių Rozszczepiony, tai yra iš molekulinių skeletas absoliučiai visi fulerenów struktūros pagrindas. Tačiau tai - įdomi istorija, ir be įdomią istoriją nebuvo padaryta. Dėl galimybė buvimas tokių molekulės šiek tiek anksčiau jis buvo parašytas Japonija (1971), ir teorinis pagrindas buvo gauta ir paskelbtas TSRS (1973). Nepaisant to, kurmiai, Curl ir Mažosios gavo Nobelio premiją chemijos.

Gamta ir technologijos

Paruošimas gryno fulereno yra įmanoma, dirbtinio sintezei. Šie junginiai toliau intensyviai studijavo įvairiose šalyse, nustatant sąlygas, kurie taikomi jų formavimas, ir yra laikomas fulerenu struktūrą ir jų savybes. Vis auga taikymo sritis. Buvo nustatyta, kad didelis kiekis fulerenų esančius suodžių, kuri yra suformuota grafito elektrodų įtaisytas lankinis iškroviklis. Anksčiau šis faktas tiesiog niekada nemačiau dar kartą.

Kai fulerenų buvo gaminami pagal laboratorinėmis sąlygomis, anglies molekulių ir pradėjo būti aptinkamas gamtoje. Karelijoje, mes nustatėme, juos shungites pavyzdžių, Indija ir JAV - į furulgitah. Pat yra daug ir dažnai anglies molekulės meteoritai ir nuosėdų apačioje, kuris yra ne mažiau kaip šešiasdešimt penki milijonai metų. Žemėje grynas fulerenų gali būti sudaryta iš žaibo ir gamtinių dujų deginimui. Oro mėginius, paimtus iš Viduržemio jūros regiono, buvo tirta 2011 ir buvo nustatyta, kad visi mėginiai paimti - iš Stambulo į Barselona - yra fulereno. Fizinės ir cheminės savybės sukelti spontanišką išsidėstymą. Taip pat didelis kiekis jame randama erdvėje - ir dujinės būsenos, ir kieto pavidalo.

sintezė

Pirmieji eksperimentai izoliacijos fulerenų įvyko per kondensuotas garų grafito, kuris buvo gautas pagal švitinimo lazerio spinduliuotės kietų grafito mėginių. Pavyko gauti tik pėdsakai fulerenów. Tik 1990 chemikų Huffman, ėriena ir Kretschmeris sukūrė naują metodą gamybos fulerenów gramas. Tai sudarė deginti grafito elektrodų elektrinio lanko į helio atmosfera ir esant žemam slėgiui. Iš anodo erozija, ir apie kamerą sienos atsirado suodžių, kurių sudėtyje yra fulerenus.

Be to, suodžių yra ištirpinamas toluene arba benzeno, ir gautas tirpalas stovėjo gramų gryno molekulės C ₇₀ ir C _60. Santykis - 1: 3. Be to, tirpalas susideda iš sunkiųjų ir dviejų procentų didesnis eilės fulerenų. Dabar ji buvo paprasta: pasirinkti optimalius parametrus išgarinimas - atmosferos, slėgio, elektrodų skersmuo, srovės ir tt sudėtį, norint pasiekti didžiausią pelningumą fulerenów. Jie buvo iki maždaug dvylika procentų faktinio anodo medžiagos. Štai kodėl taip brangu fulerenų yra.

gamyba

Visi bandymai eksperimentinių mokslininkų iš pirmo buvo veltui: gamybinės ir pigiau metodai gaminančių fulerenów yra. Nei deginimas liepsna angliavandenilių arba cheminės sintezės būdu buvo nesėkmingi. elektros lanko metodas buvo labai produktyvus, leidžia gauti apie vieną gramą fulerenów per valandą. Kompanija Mitsubishi sukūrė gamybos angliavandenilių degimo metodą, tačiau jie nėra grynas fulerenų - jie yra deguonies molekules. Ir iki šiol lieka neaišku, formavimo šios medžiagos mechanizmą, nes lanko procesai yra labai nestabili iš termodinaminės požiūriu, ir tai labai stipriai slopina apsvarstyti teorija. Tik nepaneigiamų įrodymų, kad surenka individualiai fulerenu anglies atomus, t.y. C ₂ fragmentai. Tačiau nebuvo suformuota aiškų vaizdą apie šios medžiagos formavimas.

Brangios fulerenowych lemia ne tik mažas derlius, kai sudegė. Izoliacija, gryninimo, atskyrimas fulerenų skirtingų masių suodžių - visi šie procesai yra gana sudėtingos. Ypač jis susijęs su atskirti mišinį į atskirus molekulinės frakcijų, kurie yra laikomi skysčių chromatografijos kolonėlės ir aukšto slėgio. Tuo paskutiniame etape tirpiklio likutis yra pašalinami iš kietos jau fulereno. Norėdami tai padaryti, mėginys laikomas pagal dinaminio vakuume esant iki dviejų šimtų penkiasdešimties laipsnių temperatūroje. Bet privalumas yra tai, kad per fulerenowych C ₆₀ plėtrą ir gauti jį į makroskopinių kiekiais jau organinė chemija išaugo nepriklausomą filialą - apie fulerenów chemija, kuris tapo nepaprastai populiarus.

nauda

Fulereno dariniai yra naudojami įvairių sričių technologijos. Plėvele ir fulereno kristalai - puslaidininkių, kurios iki optinio švitinimo fotolaidumo. Kristalai C _60, jei su priedais, atomai šarminiais metalais, perėjimas prie Superlaidumas būklę. fulereno sprendimai turi netiesinių optinių savybių, todėl gali būti naudojamas kaip optinių langinės, kurios yra būtinos apsaugos nuo intensyvaus spinduliavimo pagrindu. Taip pat fulereno naudojamas kaip deimanto sintezės katalizatorius. Fulerenai yra plačiai naudojami biologijos ir medicinos. Jis dirba tris savybes šių molekulių: apibrėžiančias membranotropnyh lipofilinį elektronodefitsit, suteikiant galimybę bendrauti su laisvųjų radikalų, o taip pat gebėjimas pernešti deguonies molekulės paprastai savo džiaugiamės valstybės ir konvertuoti deguonies singleto.

Tokie reaguojančios medžiagos pulti biomolekulių: nukleino rūgščių, baltymų, lipidų. Reaguojančios deguonies yra naudojami fotodinaminei terapijai dėl vėžio gydymui. Paciento kraujo yra įvesta Fotosensibilizatorių, generuoti aktyvių deguonies formų - faktiškai fulerenus arba darinius. Kraujotaka naviko yra silpnesnė negu sveikų audinių, ir dėl to, Fotosensibilizatorių kauptis jį, ir po to, kai švitinimo kryptimi molekulės yra sužadinami generuojant aktyvių deguonies formų. vėžinės ląstelės patiria apoptozę, o navikas yra sunaikinta. Be to - fulerenų turi antioksidacinių savybių ir gaudyklė reaktyvių deguonies formų.

Fulerenowych nusileidžia ŽIV integrazės veikla, baltymas, kuris yra atsakingas už integracija virusas į DNR, sąveikaudamas su juo pakeičiant raumeningumo ir atimti iš jo išardymas pagrindinė funkcija. Kai kurie iš fulereno išvestinių priemonių tiesiogiai bendrauti su DNR ir slopina veiksmų restiktaz.

Daugiau informacijos apie medicinos

2007 metais pradėjo būti naudojamas vandenyje tirpių fulerenų juos naudoti kaip antialerginis agentų. Tyrimai buvo atlikti iš žmogaus kraujo ir ląstelių, kurios buvo veikiami fulerenu dariniai - C60 (NET) x ir C60 (OH) x. Be eksperimentų gyvi organizmai - pelių - rezultatai buvo teigiami.

Jau, medžiaga, naudojama kaip vaistų tiekimo vektoriaus, dėl to, kad vandens, kuriame yra fulerenus (atžyma hidrofobiškumo C ₆₀₎ prasiskverbia ląstelių membranos yra labai lengva. Pavyzdžiui, eritropoetinas - inkstų hormonų įvesti tiesiogiai į kraują, gali pablogėti per didelę sumą, ir, jei jis naudojamas kartu su fulerenów, koncentracijos padidėja daugiau nei dvigubai, nes ji patenka į ląstelę.