Fulleren - bu nima? Xususiyatlari va fullerenler dasturlar

uglerod yoki uning o'zgartirish, fulleren, molekulyar allotropic shakli - uglerod atomlarining qurilgan qavariq polyhedra yopiq uzoq yo'l C _{n (n>} 20) atom klasterlari va Pentagonal yoki olti burchakli yuzlari ega (bu yerda juda kam istisno bor). Tiklash qilinmagan fullerenler uglerod atomi Shunday qilib valent aloqa nazariyasiga ko'ra bir sharsimon tuslamoq to'yinmagan tizimi shakllangan 3. bir muvofiqlashtirish raqami bilan sp ² -Hybrid davlatni bo'lish istagi.

umumiy tavsifi

uglerod eng termodinamik barqaror ostida normal sharoitlar shakli - grafit, deyarli bir-biriga Grafen jadvallari bilan bog'liq bir suyakka kabi ko'rinadi: tekis panjara, olti burchakli hujayralari, uchlari iborat - uglerod atomlarining. Ularning har biri uch qo'shni atomlar bilan bog'liq, va to'rtinchi valent elektron Piy-tizim hosil bo'ladi. Shunday qilib, fulleren - rasm sp ² -Hybrid davlat ravshan, ya'ni u aniq, bu molekulyar shakli hisoblanadi. Biz Grafen varaq geometrik nuqsonlari bilan tanishtirish bo'lsa muqarrar yopiq tuzilishini hosil qiladi. Misol uchun, bu kabi nuqsonlar oddiy olti burchakli uglerod kimyo bilan birga besh a'zoli halqalar (Pentagonal yuzlari), aynan shu bor.

Eyler teorema biz o'n ikki Beşgen joriy agar uchlari bilan yopiq polyhedron ishlab chiqarish qat'i nazar, olti burchakli yuzlari soni, iloji trohkoordinirovannymi ta'kidlanadi. Shuning uchun, bir fulleren minimal hajmi - rasmiy C ₂₀ dodecahedron hisoblanadi. Biroq uglerod atomlari soni bir kichik bo'lgan yuqori, shunga o'xshash tuzilmalari egrilik, va uglerod planar muvofiqlashtirish afzal Shu sababli, ² -Hybrid davlat juda qulay emas sp. kesilgan muntazam icosahedron tuzilishi _ega, C ₆₀ - sof tarzda olingan fulleren eng kichik nima uchun o'sha. Unda olti burchakli yuzlari bir-biridan barcha Pentagonal bo'linadi. Fulleren Kimyo bu haqiqat izolyatsiya qilingan Pentagon ustuvorligini chaqiradi va u, albatta, yaxshi fulleren bo'ysunadi.

formula

Gidrantirovanny C ₆₀ fulleren (C ₆₀ HyFn) ko'rsatilgan. birinchi qobiq musluğu yilda fulleren C ₆₀ biri molekulasi va yigirma to'rt suv molekulalarining iborat bu mustahkam hidrofil Supramoleküler murakkab. C ₆₀ (H ₂ O) ₂₄ - Bu kimning formula fulleren _hisoblanadi. Bu zohiran bir futbol to'pi eslatuvchi, yigirma olti burchakli birliklar timsoli va o'n ikki Beşgen iborat. Bundan tashqari, fulleren C barcha Beşgen izolyatsiya qilingan bo'lar edi oraliq tuzilmalari, ₇₀ qo'shimchalar bir qator mavjud emas. C yildan ₇₈ fulleren tuzilishi har uglerod skeletining bir necha barqaror izomerlerini rioya qilish imkonini beradi. Nazariy jihatdan har qanday, hatto soni uglerod atomlarining, "oliy fullerenler" bilan bor fullerenler mumkin.

yoyi bilan fullerenler tayyorlash tez-tez elektron-nur usuli va geliy muhitida grafit lazer bug'lanish tomonidan yoki sodir bo'ladi. reaktori yuzasida suyuladi is, benzol, toluen, ksilen yoki boshqa organik hal qiluvchi qayta muomala qilinadi. eritma qora kondensati shakllantirish, bug'lanib, C ₇₀ va C ₆₀ fullerenler shuningdek oliy fullerenler juda kichik miqdorda iborat o'n yildan o'n besh foiz.

turli furellenami o'rtasidagi nisbat sintezi parametrlari qarab, farq qilishi mumkin, lekin odatda C ustun _60, u bir necha marta katta. eng eng yuqori C _{78 orasida,} C ₇₆ va C _84. Umuman rasmda barcha mahsulotlar fulleren sintezi mutanosib ravishda pasayishi bor. Bu dastlab quyultirilgan kichik Klaster katta tuzilmalarni yig'ish kam ehtimollik bilan, ehtimol, tufayli bo'ladi.

Suv o'z ichiga fullerenler

keng o'rganib eng keng tarqalgan va moddaning bir molekulasi aslida yigirma to'rt suv molekulalari bor C _60, bo'ladi. Bu fulleren molekula barcha atomlar teng yuqori simmetriyaga ega. Uning sharsimon shakli haqida 0,36 nm uchun atom yadrosi markazi va taxminan 0,5 nm radius masofa bo'ladi. Bu molekulalar yuz-markazli kub panjara, uch-qatlam eng yuqori sferik solish bo'lgan bir molekulyar kristalli hosil qiladi. yuqori haroratda, bir suyuq faza hosil holda ₆₀ C süblime. Eng muhimi, u uglerod disülfid erituvchi turi aromatik moddalar erigan va qutb bo'ladi - ko'p yomon. An cho'zilgan ellipssimon shakli ₇₀ C, shuningdek oliy fullerenler C ₆₀ juda o'xshash jismoniy xususiyatlarga _ega.

Va kimyo sohasida ular ancha saxiy va hosilalarining ularning turli sinflar olish uchun har bir imkoniyat berish: Metallofullerenes, heterofullerene. boy mahsulotlar, barcha ekzoendralnogo (outer-) aloqa Oila, har bir uglerod atomi, chunki - mavjud reaktsiya sayt. Bu fullerenler mulkidir. Ular yangi mahsulotlar, halojen atomlari va vodorod, organik radikal, hatto ko'chadan sodir bo'lishi mumkin mansubligi yaratish ishtirok etdi. Shunday qilib fullerenler, to'rt fasl aralash o'z ichiga olgan polimer materiallar olingan. ₆₀ K S uglerod suyaklarni vayron holda qirq sakkiz vorislari qo'shildi. Shunday qilib, masalan, F ₄₈ C ₆₀ tomonidan _olingan, va asosi fullerenler bu erda ko'p, masalan, tarkibi, qo'llaniladi.

ariza

Deyarli fullerenler butunlay boshqacha joylarda manfaatdor. ularning elektron xususiyatlari ko'rinishida ularni va yarimo'tkazgichlar kabi sanab chiqing, deb atash mumkin. UV radiatsiya shimib tez fullerenler, ular yuqori elektron-uqubatlarga qobiliyatiga ega. Bu barcha xususiyatlari imkon fotovoltaik ularni qo'llash qilish, Fotoelektrik Sensor, turli molekulyar elektronika quyosh-quvvatlanadi qurilmalar. Fullerenler fotodinamik davolash va m agentlari sifatida, virusga qarshi antibiotiklarning sifatida tibbiyotda ishlatiladi. P.

Zamonaviy texnologiyalar ko'proq fullerenler, shuningdek, ularning davolash uchun ishchi usullari yaxshiroq va yanada samarali bo'ladi olish uchun birliklarining umumiy sonini nisbatan tez berdi. Misol uchun qiymati, C ₆₀ O'tgan o'n yil va (gramm boshiga o'n yildan o'n besh dollar o'n ming bilan) bir yarim orqali sezilarli darajada kamaydi, shuning uchun. Endi biz real sanoat ilovalar va fullerenler uchun shaxsga tushib bir vaziyatga duch kelamiz. Ularning foydalanish o'sib borayotgan va har kuni ortib bormoqda.

ochilish haqida ma'lumot uchun

ularning tuzilishi asosida geodeziya tuzilishini ixtiro mashhur me'mor va muhandis Richarda Bakminstera Fullera nomidagi fullerenler. Avvaliga, birikmalar, bu sinf faqat olti-va Pentagonal yuzlarini kiritilgan tuzilishi, cheklangan bo'ladi. uglerod atomlari tashqari fulleren molekulaning tarkibi mavjud bo'lgan har xil kimyoviy elementlar va ular, uglerod skeletining doirasida o'sha chaqirdi endohedral fullerenler joylashgan bo'lsa. Boshqa elementlar atomlari fullerenler tashqarida joylashgan bo'lsa exohedrally olingan. Ularning nomlari, bu molekulyar shakli juda uzoq vaqt oldin emas edi - 1985 yilda, bir guruh tadqiqotchi fulleren kutilmagan kashfiyot qildi qachon. Kichik, Kroto, Curl va boshqa kimyogarlar lazer ablasyon (yorug'lik) qattiq tomonidan olingan grafit juft o'rganib. cho'qqilari oltmish va yetmish uglerod atomlari Klaster mos keladigan, bir maksimal amplitüdünü edi qaysi topilgan.

Shunday qilib, biz molekulalar C ₆₀ va C _70, shuningdek, birinchi molekula kesilgan icosahedron shaklining qurilgan faraz hisoblab. faqat fullerenler - Bu eng keng tarqalgan C ₆₀ nomidagi bakminsterfullerenom va molekulada qolgan bo'ladi.

Olimlar-kimyogar yaxshi me'morchilik bilimdon va shuning uchun binolar ustida qubba qurilgan Fuller esda - Beşgen, olti burchakli birliklar timsoli yorilgan, deb fullerenler mutlaqo barcha molekulyar karkas tarkibida asosidir. ajoyib bir hikoya va qiziqarli tarixsiz - Biroq, bu emas. bir oz avval u Yaponiya (1971) yilda yozilgan, bunday molekulalar mavjudligiga va nazariy asoslarini imkoniyati to'g'risida olindi va SSSR (1973) chop etilgan. Shunday bo'lsa-da, u Kroto, Curl va kichik olgan kimyo bo'yicha Nobel mukofoti.

Tabiat va texnologiya

sof fulleren tayyorlash sun'iy sintez tomonidan mumkin. Ushbu moddalar, jadal ularni shakllantirish yuz beradigan sharoitlarni belgilash, turli mamlakatlarda tahsil davom ettiradi va fulleren tuzilishi va ularning xususiyatlarini hisoblanadi. qo'llash tobora o'sib borayotgan soha. Bu fullerenler bir muhim miqdori, bir kamon to'lash grafit elektrodlarda hosil muassasa, mavjud deb topildi. Avvalroq bu haqiqat shunchaki yana ko'rmadim.

fullerenler laboratoriya sharoitida, uglerod molekulalar ostida ishlab chiqarilgan va boshladilar qachon tabiatda aniqlash uchun. furulgitah yilda - Karelia, biz Mumya namunalari, Hindiston va Qo'shma Shtatlarda ularni topdi. oltmish besh million yil kam bo'lmagan, pastki qismida meteoritlarning va cho'kindi jinslar ham ko'p va tez-tez uglerod molekulalari. Yer yuzidagi sof fullerenler yashin va tabiiy gaz yonishidan hosil bo'lishi mumkin. O'rta dengiz orqali olingan Air namunalari, 2011 yilda berilgan va u barcha namunalar olinadi, deb topilgan - Istanbuldan Barselona - bir fulleren bor. moddaning jismoniy xususiyatlari o'z-o'zidan shakllanishiga sabab. Shuningdek, katta miqdorda kosmosda topilgan - va gazsimon holatda, bir qattiq shaklida.

sintezi

fullerenler ajratish birinchi tajribalar qattiq grafit namunalarini lazer nurlanish nurlanish natijasida olingan grafit, fizikasidan bug 'orqali yuz bergan. fullerenler faqat izlarini olish muvaffaq bo'ldi. Faqat kimyogar tomonidan 1990 yilda Huffman, Qo'zi va Kretschmer gramm miqdorda fullerenler ishlab chiqarish, yangi bir usul ishlab chiqildi. Bu geliy muhitida va past bosim ostida elektr yoyi bilan grafit elektrod yonib iborat. Anote eroziyasi va palata devorlari ichiga fullerenler is ko'rindi.

Bundan tashqari, qurum, toluen yoki benzol eritiladi va olingan eritma toza molekulalari C ₇₀ va C ₆₀ gramm _turdi. Nisbati - 1: 3. Bundan tashqari, bir yechim og'ir va ikki foizi oliy tartibi fullerenler iborat. Endi oson edi: bug'langan uchun optimal parametrlarini tanlang - fullerenler maksimal hosil erishish uchun, shunday qilib, joriy va atmosfera, bosim, elektrod diametri, tarkibi. Ular haqiqiy anod materiallar, o'n ikki foizga qadar edi. Bas, qimmat fullerenler bo'lishidir.

ishlab chiqarish

Avvaliga eksperimental olimlar uchun barcha urinishlar behuda edi: ishlab chiqarish fullerenler samarali va arzon usullari bo'lgan. Na uglevodorodlar yoki kimyoviy sintez yonish olov muvaffaqiyatsiz edi. elektr yoyi usuli, eng samarali bo'lgan siz soatiga fullerenler taxminan bir gramm olish imkonini beradi berdi. Mitsubishi kompaniyasi uglevodorod xomashyosini yoqish ishlab chiqarish uchun bir usul ishlab chiqdi, lekin ular sof fullerenler emas - ular kislorod molekulalarini o'z ichiga oladi. Va arc jarayonlar nuqtai bir termodinamik nazaridan juda beqaror, chunki hozirgacha u, bu moddaning hosil bo'lish mexanizmini noaniq qolmoqda, va u juda kuchli bo'ladi nazariyasi ko'rib xalaqit beradi. individual fulleren uglerod atomlari to'playdi Faqat rad etib bo'lmaydigan dalillar, masalan C ₂ qismlari. Biroq, bu moddalar shakllanishi aniq tasvir hosil emas.

yondi qachon fulleren yuqori baho past hosildorlikni nafaqat belgilanadi. Izolyatsiya, tozalash, muassasa turli aksariyat insonlar fullerenler ajratish - bu barcha jarayonlar ancha murakkab bo'ladi. Ayniqsa, u suyuq ustun kromatografisi va yuqori bosim tomonidan o'tkaziladi alohida molekulyar kasrlar, aralashmasi ajratish taalluqlidir. Hal qiluvchi, qoldiqlarini so'nggi bosqichda allaqachon qattiq fulleren o'chirildi. Ushbu misol uchun ikki yuz ellik daraja haroratda dinamik vakuum ostida saqlanadi. nihoyatda mashhur bo'lib kelgan fullerenler kimyosi, - Lekin afzalligi makroskopik miqdorda qabul fulleren C ₆₀ rivojlanishi davomida va allaqachon organik kimyo mustaqil filiali o'sdi, deb.

foyda

Fulleren hosilalari texnologiya turli sohalarida ishlatiladi. IX va fulleren kristallar - optik nurlanish ostida yarim o'tkazgich ega photoconductivity. Kristallar C _60, agar ishqoriy metallarning katkılandırma atomlar, o'ta bir davlat o'tish. fulleren echimlar nochiziqli optik xususiyatlarini ega, shuning uchun kuchli radiatsiya himoya qilish uchun zarur bo'lgan optik parda asos sifatida foydalanish mumkin. Bundan tashqari, olmos sintez uchun katalizatorlar sifatida ishlatiladi fulleren. Fullerenler keng biologiya va tibbiyotda ishlatiladi. Bu molekulalar uch xususiyatlarini ish bilan ta'minlangan: membranotropnyh lipofılisite aniqlash, erkin radikallar bilan qobiliyati hamkorligini berib elektronodefitsit, balki kislorod molekulasi an'anaviy o'z xursand holatini o'tkazish va kislorod mayka burilib qobiliyati.

nuklein kislotalar, oqsillar, yog'lar: Bunday reaktiv moddalar biyomoleküllerin hujum. Reaktiv kislorod turlari saraton kasalligini davolash uchun fotodinamik davolash qo'llaniladi. uning aslida fullerenler yoki lotin - bemorning qon reaktiv kislorod turlari yuzaga, foto joriy etiladi. o'simta qon oqimi sog'lom to'qimalarda zaifroq bo'lgan, va, foto unda yig'ilib, va, chunki molekulasi yorug'lik yo'nalishi keyin reaktiv kislorod turlari tashkil xursand bo'ladi. saraton hujayralari apoptozini boshdan va o'simta yo'q qilinadi. Bundan tashqari - fullerenler antioksidant xususiyatlarga va tuzoq reaktiv kislorod turlari bor.

Fulleren OIV integraz ta'siriga, tartibi o'zgartirish va asosiy vazifasini vayron qiluvchi mahrum tomonidan u bilan o'zaro tomonidan DNK virusi integratsiyasi uchun mas'ul bo'lgan oqsil tushiradi. fulleren hosilalarini Ba'zi DNK bilan bevosita muloqotda va harakat restiktaz barham beradi.

tibbiyot haqida batafsil

2007 yilda, suvda eruvchan fullerenler ularga sifatida antialerjik agentlari eb uchun ishlatiladi boshladi. C60 (aniq) x va C60 (OH) x - tadqiqotlar inson qon va hujayralar fulleren sanab chiqing, fosh etildi o'tkazildi. sichqon - - tirik organizmlar ustida tajribalarida natijalar ijobiy edi.

fullerenler o'z ichiga suv (eslamoq hidrofobiklik C ₆₀₎ hujayra membranasining juda oson kirganini, chunki allaqachon, bir modda, bir dori taslim vektor sifatida ishlatiladi. Misol uchun, eritropoietin - u fullerenler bilan birga ishlatiladi bo'lsa buyrak gormoni qonga bevosita kirib, muhim miqdorda degradatsiyaga uchragan, va, ikki ko'proq uchun konsentratsiyasi ortadi, bu hujayra ichiga oladi, chunki.