Fullereeni

Kokeneet kirjoittajat eivät ole vielä tarkistaneet sivun nykyistä versiota, ja se voi poiketa merkittävästi 12.4.2020 tarkistetusta versiosta . tarkastukset vaativat 5 muokkausta .

Fullereeni  on molekyyliyhdiste, joka on kupera suljettu polyhedra, joka koostuu kolmesta koordinoidusta hiiliatomista . Fullereneet ovat nimensä velkaa insinöörille ja arkkitehti Richard Buckminster Fullerille , jonka geodeettiset rakenteet on rakennettu tällä periaatteella. Aluksi tämä liitosluokka rajoittui rakenteisiin, jotka sisälsivät vain viisi- ja kuusikulmiopinnat. Huomaa , että tällaisen suljetun polyhedronin olemassaololle , joka on rakennettu nkärjet, jotka muodostavat vain viisi- ja kuusikulmiopinnat, Eulerin monitahoisen lauseen mukaan , joka väittää yhtäläisyyden (missä ja vastaavasti kärkien, reunojen ja pintojen lukumäärä), välttämätön ehto on täsmälleen 12 viisikulmaista ja kuusikulmiota . . Jos fullereenimolekyyli sisältää hiiliatomien lisäksi muiden kemiallisten alkuaineiden atomeja, niin jos muiden kemiallisten alkuaineiden atomit sijaitsevat hiilihäkin sisällä, tällaisia ​​fullereeneja kutsutaan endoedrisiksi , jos ulkopuolella - eksoedrisiksi [1] .

Luonnollisessa muodossaan sitä löytyy šungiitista ja meri-ilmasta.

Löytöhistoria

Vuonna 1985 ryhmä tutkijoita - Robert Curl , Harold Kroto , Richard Smalley [2] , Heath ja O'Brien - tutki grafiittihöyryn massaspektrejä, jotka saatiin lasersäteilytyksellä ( ablaatiolla ) kiinteästä näytteestä ja löysivät huippuja maksimissaan. amplitudi , joka vastaa 60 ja 70 hiiliatomista koostuvia klustereita [3] . He ehdottivat, että nämä piikit vastaavat C60- ja C70-molekyylejä, ja olettivat, että C60 - molekyylillä on katkaistun ikosaedrin muoto , jolla on Ih - symmetria . Monitahoisia hiiliklustereita kutsutaan fullereeneiksi , ja yleisin C 60 -molekyyli  on buckminsterfullerene (kutsutaan myös buckyballiksi tai buckyballiksi , englanniksi buckyball ) [2] , joka on nimetty amerikkalaisen arkkitehdin Buckminster Fullerin mukaan, joka käytti viisi- ja kuusikulmiota, jotka ovat kaikkien fullereenien molekyylirunkojen päärakenneosat.  

On huomattava, että fullereenien löytämisellä on oma esihistoriansa: niiden olemassaolon mahdollisuus ennustettiin jo vuonna 1971 Japanissa [4] ja teoriassa perustettiin vuonna 1973 Neuvostoliitossa [ 5] . Fullereenien löytämisestä Kroto, Smalley ja Curl saivat Nobelin kemian palkinnon vuonna 1996 [6] . Ainoa tapa saada fullereeneja tällä hetkellä (lokakuussa 2007) on niiden keinotekoinen synteesi. Näitä yhdisteitä on useiden vuosien ajan tutkittu intensiivisesti eri maiden laboratorioissa yrittäen selvittää niiden muodostumisen edellytyksiä, rakennetta, ominaisuuksia ja mahdollisia sovelluksia. Erityisesti on todettu, että fullereeneja on huomattava määrä grafiittielektrodien kaaripurkauksessa muodostuneessa noessa [2]  - niitä ei yksinkertaisesti huomattu aiemmin (katso alla ).

Fullereenit luonnossa

Laboratorio-olosuhteissa hankittua fullereeneja löydettiin joistakin Pohjois-Karjalan šungiittinäytteistä [7] [8] [9] USA:n ja Intian fulguriiteista [ 10] , meteoriiteista [11] ja pohjasedimentteistä , joiden ikä saavuttaa 65 miljoonaa vuotta [12] .

Maapallolla fullereeneja muodostuu maakaasun palamisen ja salamapurkausten aikana [13] . Kesällä 2011 Välimeren ilmanäytteiden tutkimustulokset julkaistiin: fullereeneja löydettiin kaikista 43: sta Barcelonasta Istanbuliin otetuista ilmanäytteestä [14] .

Fullereeneja löydettiin myös suuria määriä avaruudesta : vuonna 2010 kaasun muodossa [15] , vuonna 2012 - kiinteässä muodossa [16] .

Rakenteelliset ominaisuudet

Katkaistun ikosaedrin muodossa olevan hiilen molekyylimuodostuksen massa on 720 amu . e.m. Fullereenimolekyyleissä hiiliatomit sijaitsevat kuusikulmioiden ja viisikulmioiden kärjessä, jotka muodostavat pallon tai ellipsoidin pinnan. Symmetrisin ja tutkituin fullereeniperheen edustaja on [60]fullereeni (C 60 ), jossa hiiliatomit muodostavat katkaistun ikosaedrin , joka koostuu 20 kuusikulmiosta ja 12 viisikulmiosta ja muistuttaa jalkapalloa (ihanteellinen muoto, erittäin harvinainen). luonnossa). Koska jokainen fullereeni C 60 :n hiiliatomi kuuluu samanaikaisesti kahteen kuusikulmioon ja yhteen viisikulmioon, kaikki C60:n atomit ovat ekvivalentteja, minkä vahvistaa 13C - isotoopin ydinmagneettinen resonanssi (NMR) -spektri - se sisältää vain yhden juovan. Kaikki C-C-sidokset eivät kuitenkaan ole saman pituisia. C=C-sidos, joka on yhteinen puoli kahdelle kuusikulmiolle, on 1,39 Å , ja C-C-sidos, joka on yhteinen kuusikulmiolle ja viisikulmiolle, on pidempi ja on 1,44 Å [17] . Lisäksi ensimmäisen tyypin sidos on kaksoissidos ja toisen tyypin yksisidos, mikä on välttämätöntä C60- fulreenin kemialle . Itse asiassa suuria määriä saatujen fullereenien ominaisuuksien tutkimus osoittaa niiden objektiivisten ominaisuuksien (kemiallinen ja sorptioaktiivisuus) jakautumisen 4 stabiiliin fullereeni-isomeeriin [18] , jotka määräytyvät vapaasti erilaisten poistumisaikkojen perusteella korkean aineen sorptiokolonnista. erotuskykyinen nestekromatografi. Tässä tapauksessa kaikkien 4 isomeerin atomimassa on ekvivalentti - sen massa on 720 amu . syödä.

Seuraavaksi yleisin on C 70 fullereeni , joka eroaa C 60 fullereenista lisäämällä 10 hiiliatomin vyön C 60 ekvatoriaaliselle alueelle, minkä seurauksena 34-molekyyli on pitkänomainen ja muistuttaa muodoltaan rugbypalloa . .

Niin sanottuja korkeampia fullereenejä jotka sisältävät suuremman määrän hiiliatomeja (jopa 400), muodostuu paljon pienempiä määriä ja niillä on usein melko monimutkainen isomeerinen koostumus. Tutkituimpia korkeampia fullereeneja ovat C n , n = 74, 76, 78, 80, 82 ja 84.

Synteesi

Ensimmäiset fullereenit eristettiin kondensoiduista grafiittihöyryistä , jotka saatiin lasersäteilyttämällä kiinteitä grafiittinäytteitä. Itse asiassa ne olivat aineen jälkiä. Seuraavan tärkeän askeleen ottivat vuonna 1990 V. Kretchmer , Lamb, D. Huffman ja muut, jotka kehittivät menetelmän grammamäärien saamiseksi fullereeneja polttamalla grafiittielektrodeja kaaressa heliumilmakehässä alhaisissa paineissa [19] . Anodien eroosion aikana tietyn määrän fullereeneja sisältävä noki laskeutui kammion seinille. Noki liuotetaan bentseeniin tai tolueeniin, ja saadusta liuoksesta eristetään grammamäärät C60- ja C70-molekyylejä puhtaassa muodossa suhteessa 3:1 ja noin 2 % raskaampia fullereeneja [ 20] . Myöhemmin oli mahdollista valita elektrodin haihduttamisen optimaaliset parametrit (paine, ilmakehän koostumus, virta, elektrodin halkaisija), joilla saavutetaan suurin fullereenien saanto, keskimäärin 3–12 % anodimateriaalista, mikä lopulta määrää korkean fullereenien hinta.

Aluksi kaikki kokeilijoiden yritykset löytää halvempia ja tehokkaampia tapoja saada grammamääriä fullereeneja ( hiilivetyjen poltto liekissä [21] , kemiallinen synteesi [22] jne.) eivät johtaneet menestykseen, ja "kaari" ”-menetelmä pysyi tuottavimpana pitkään (tuottavuus noin 1 g/tunti) [23] . Myöhemmin Mitsubishi onnistui saamaan aikaan fullereenien teollisen tuotannon polttamalla hiilivetyjä, mutta tällaiset fullereenit sisältävät happea , ja siksi kaarimenetelmä on edelleen ainoa sopiva menetelmä puhtaiden fullereenien saamiseksi.

Fullereenin muodostumismekanismi kaaressa on edelleen epäselvä, koska kaaren palamisalueella tapahtuvat prosessit ovat termodynaamisesti epävakaita, mikä vaikeuttaa suuresti niiden teoreettista tarkastelua. Todettiin kiistattomasti vain, että fullereeni on koottu yksittäisistä hiiliatomeista (tai C2- fragmenteista ). Todisteeksi anodielektrodina käytettiin erittäin puhdasta 13 C grafiittia, toinen elektrodi oli tavallisesta 12 C grafiitista. Fullereenien uuttamisen jälkeen NMR osoitti, että 12 C ja 13 C atomit sijaitsevat satunnaisesti fullereenin pinta. Tämä osoittaa grafiittimateriaalin hajoamisen yksittäisiksi atomeiksi tai atomitason fragmenteiksi ja niiden myöhemmän kokoonpanon fullereenimolekyyliksi. Tämä seikka pakotti luopumaan visuaalisesta kuvasta fullereenien muodostumisesta atomigrafiittikerrosten laskostumisen seurauksena suljetuiksi palloiksi.

Fullereenien tuotantolaitosten kokonaismäärän suhteellisen nopea kasvu ja jatkuva työ niiden puhdistusmenetelmien parantamiseksi ovat johtaneet C60:n kustannusten merkittävään laskuun viimeisen 17 vuoden aikana - 10 tuhannesta 10-15 dollariin. grammaa kohden [ 24]

Valitettavasti Huffman-Kretschmer (HK) -menetelmän optimoinnista huolimatta fullereenien saantoa ei ole mahdollista lisätä enempää kuin 10-20 % palaneen grafiitin kokonaismassasta. Alkuperäisen tuotteen, grafiitin, suhteellisen korkeiden kustannusten vuoksi tällä menetelmällä on perustavanlaatuisia rajoituksia. Monet tutkijat uskovat, että XC-menetelmällä saatujen fullereenien hintaa ei voida alentaa alle muutaman dollarin grammalta. Siksi useiden tutkimusryhmien ponnistelut tähtäävät vaihtoehtoisten menetelmien löytämiseen fullereenien saamiseksi. Tällä alueella suurimman menestyksen saavutti Mitsubishi -yhtiö , joka onnistui saamaan fullereenien teollisen tuotannon polttamalla hiilivetyjä liekissä. Tällaisten fullereenien hinta on noin 5 dollaria grammaa kohden ( 2005 ), mikä ei vaikuttanut sähkökaarifulereenien hintaan.

On huomattava, että fullereenien korkeat kustannukset eivät määräydy ainoastaan ​​niiden alhaisesta saannosta grafiitin polton aikana, vaan myös vaikeudesta eristää, puhdistaa ja erottaa eri massaisia ​​fullereeneja nokimustasta. Tavallinen lähestymistapa on seuraava: grafiittia polttamalla saatu noki sekoitetaan tolueeniin tai muuhun orgaaniseen liuottimeen (joka pystyy liuottamaan tehokkaasti fullereeneja), sitten seos suodatetaan tai sentrifugoidaan ja jäljelle jäänyt liuos haihdutetaan. Liuottimen poistamisen jälkeen jäljelle jää tumma hienojakoinen sakka - fullereenien seos, jota yleensä kutsutaan fulleriittiksi. Fulleriitin koostumus sisältää erilaisia ​​kidemuodostelmia: pienet C60- ja C70-molekyylien kiteet ja C60 / C70 - kiteet ovat kiinteitä liuoksia . Lisäksi fulleriitti sisältää aina pienen määrän korkeampia fullereeneja (jopa 3 %). Fullereenien seoksen erottaminen yksittäisiksi molekyylifraktioiksi suoritetaan käyttämällä nestekromatografiaa pylväissä ja korkeapainenestekromatografiaa (HPLC). Jälkimmäistä käytetään pääasiassa eristettyjen fullereenien puhtauden analysointiin, koska HPLC-menetelmän analyyttinen herkkyys on erittäin korkea (jopa 0,01 %). Lopuksi viimeinen vaihe on liuotinjäämien poistaminen kiinteästä fullereeninäytteestä. Se suoritetaan pitämällä näytettä 150–250 °C:n lämpötilassa dynaamisissa tyhjiöolosuhteissa (noin 0,1 Torr ).

Fyysiset ominaisuudet ja käytetty arvo

Fulleriitit

Fullereenimolekyyleistä koostuvia kondensoituneita järjestelmiä kutsutaan fulleriiteiksi . Eniten tutkittu tällainen järjestelmä on C 60 -kide , vähemmän tutkittu kiteinen C 70 -järjestelmä . Korkeampien fullereenien kiteiden tutkimuksia haittaa niiden valmistuksen monimutkaisuus.

Fullereenimolekyylin hiiliatomit on yhdistetty σ- ja π-sidoksilla , kun taas kiteessä ei ole kemiallista sidosta (sanan tavallisessa merkityksessä) yksittäisten fullereenimolekyylien välillä. Siksi tiivistetyssä järjestelmässä yksittäiset molekyylit säilyttävät yksilöllisyytensä (mikä on tärkeää, kun tarkastellaan kiteen elektronista rakennetta). Molekyylejä kiteessä pitävät van der Waalsin voimat , jotka määräävät suurelta osin kiinteän C60:n makroskooppiset ominaisuudet .

Huoneenlämmössä C 60 -kiteellä on kasvokeskeinen kuutio (fcc) hila , jonka vakio on 1,415 nm, mutta lämpötilan laskeessa tapahtuu ensimmäisen asteen faasimuutos ( Tcr ≈260 K ) ja C 60 -kide muuttuu . sen rakenne yksinkertaiseksi kuutioksi (hilavakio 1,411 nm ) [25] . Lämpötilassa T > Tcr C 60 -molekyylit pyörivät satunnaisesti tasapainokeskipisteensä ympäri, ja kun se laskee kriittiseen lämpötilaan, kaksi pyörimisakselia jäätyvät. Pyörimien täydellinen jäätyminen tapahtuu lämpötilassa 165 K. C 70 : n kiderakennetta huoneenlämpötilan luokkaa olevissa lämpötiloissa tutkittiin yksityiskohtaisesti julkaisussa [26] . Kuten tämän työn tuloksista seuraa, tämän tyyppisillä kiteillä on kehokeskeinen (bcc) hila, jossa on pieni sekoitus kuusikulmainen faasi.

Epälineaariset optiset ominaisuudet

Fullereenien elektronisen rakenteen analyysi osoittaa π-elektronijärjestelmien läsnäolon, joille on olemassa suuret epälineaarisen suskeptibiliteettiarvot. Fullereeneillä on todellakin epälineaarisia optisia ominaisuuksia. C60 -molekyylin korkean symmetrian vuoksi toinen harmoninen generointi on kuitenkin mahdollista vain, kun epäsymmetria tuodaan järjestelmään (esimerkiksi ulkoisen sähkökentän vaikutuksesta). Käytännön näkökulmasta toisen harmonisen sukupolven vaimennusta määräävä suuri nopeus (~250 ps) on houkutteleva. Lisäksi C60 fullereenit pystyvät myös muodostamaan kolmannen harmonisen [17] .

Toinen mahdollinen fullereenien ja ennen kaikkea C 60 :n käyttöalue on optiset sulkimet. Mahdollisuus käyttää tätä materiaalia aallonpituudella 532 nm on kokeellisesti osoitettu [24] . Lyhyt vasteaika antaa mahdollisuuden käyttää fullereeneja lasersäteilyn rajoittimina ja Q -kytkiminä . Useista syistä fullereenien on kuitenkin vaikea kilpailla perinteisten materiaalien kanssa. Korkeat kustannukset, fullereenien hajoamisvaikeudet laseihin, kyky hapettua nopeasti ilmassa, epälineaarisen herkkyyden ennätyskertoimet ja korkea kynnys optisen säteilyn rajoittamiselle (ei sovellu silmien suojaukseen) aiheuttavat vakavia vaikeuksia kilpailevien materiaalien torjunnassa. .

Kvanttimekaniikka ja fullereeni

Vuonna 1999 Wienin yliopiston tutkijat osoittivat aaltohiukkasten kaksinaisuuden sovellettavuuden C60 - fullereenimolekyyleihin [27] [28] .

Hydratoitu fullereeni (HyFn) (C 60 (H 2 O) n)

Hydratoitu C 60  - C 60 HyFn fullereeni on vahva, hydrofiilinen supramolekyylinen kompleksi, joka koostuu ensimmäiseen hydraatiokuoreen suljetusta C 60 fullereenimolekyylistä , joka sisältää 24 vesimolekyyliä: C 60 (H 2 O) 24 . Hydraatiokuori muodostuu vedessä olevien happihappimolekyylien yksinäisten parien luovuttajan ja vastaanottajan vuorovaikutuksesta fullereenin pinnalla olevien elektronien vastaanottajakeskusten kanssa. Tässä tapauksessa fullereenin pinnan lähellä olevat vesimolekyylit on liitetty toisiinsa kolmiulotteisella vetysidosverkostolla. C60 HyFn :n koko vastaa 1,6-1,8 nm. Tällä hetkellä veteen muodostunut C 60:n maksimipitoisuus C 60 HyFn : n muodossa vastaa 4 mg/ml. [29] [30] [31] [32] [33] [ määritä  linkki ]

Fullereeni puolijohdetekniikan materiaalina

Molekyylinen fullereenikide on puolijohde , jonka kaistaväli on ~1,5 eV ja sen ominaisuudet ovat suurelta osin samanlaiset kuin muiden puolijohteiden. Tästä syystä useita tutkimuksia on liittynyt fullereenien käyttöön uutena materiaalina perinteisissä elektroniikkasovelluksissa: diodi, transistori, valokenno jne. Tässä niiden etuna perinteiseen piiin verrattuna on lyhyt valovasteaika (yksikköä ns). Kuitenkin hapen vaikutus fullereenikalvojen johtavuuteen osoittautui merkittäväksi haitaksi ja näin ollen syntyi tarve suojapinnoitteille. Tässä mielessä on lupaavampaa käyttää fullereenimolekyyliä itsenäisenä nanomittakaavan välineenä ja erityisesti vahvistavana elementtinä [34] .

Fullereeni fotoresistinä

Näkyvän (> 2 eV), ultraviolettisäteilyn ja lyhyemmän aallonpituuden säteilyn vaikutuksesta fullereenit polymeroituvat eivätkä tässä muodossa liukene orgaanisiin liuottimiin . Esimerkkinä fullereenifotoresistin käytöstä voidaan antaa esimerkki submikronin resoluution (≈20 nm ) saavuttamisesta etsaamalla pii elektronisuihkulla käyttämällä polymeroidun C60-kalvon maskia [ 24] .

Fullereenilisäaineet timanttikalvojen kasvattamiseen CVD-menetelmällä

Toinen mielenkiintoinen käytännön sovellusmahdollisuus on fullereenilisäaineiden käyttö timanttikalvojen kasvatuksessa CVD-menetelmällä (Chemical Vapor Deposition). Fullereenien lisääminen kaasufaasiin on tehokasta kahdesta näkökulmasta: timanttiytimien muodostumisnopeuden kasvu alustalle ja rakennuspalojen syöttäminen kaasufaasista substraattiin. C 2 -fragmentit toimivat rakennuspalikoina , jotka osoittautuivat sopivaksi materiaaliksi timanttikalvon kasvattamiseen. On kokeellisesti osoitettu, että timanttikalvojen kasvunopeus on 0,6 μm/h, mikä on 5 kertaa suurempi kuin ilman fullereeneja. Todelliseen kilpailuun timanttien ja muiden mikroelektroniikan puolijohteiden välillä on välttämätöntä kehittää timanttikalvojen heteroepitaksimenetelmä, mutta yksikidekalvojen kasvu ei-timanttisubstraateille on edelleen ratkaisematon ongelma. Yksi mahdollinen tapa ratkaista tämä ongelma on käyttää fullereenipuskurikerrosta substraatin ja timanttikalvon välissä. Tämänsuuntaisen tutkimuksen edellytyksenä on fullereenien hyvä tarttuvuus useimpiin materiaaleihin. Nämä säännökset ovat erityisen tärkeitä timanttien intensiivisen tutkimuksen yhteydessä niiden käyttöä seuraavan sukupolven mikroelektroniikassa. Korkea suorituskyky (suuri kyllästetty drift-nopeus); Korkein lämmönjohtavuus ja kemiallinen kestävyys muihin tunnettuihin materiaaleihin verrattuna tekevät timantista lupaavan materiaalin seuraavan sukupolven elektroniikkaan [24] .

Suprajohtavat yhdisteet, joissa on C 60

Molekyyliset fullereenikiteet ovat puolijohteita , mutta vuoden 1991 alussa havaittiin, että kiinteän C 60 :n seostus pienellä määrällä alkalimetallia johtaa metallinjohtavuuden omaavan materiaalin muodostumiseen, josta tulee alhaisissa lämpötiloissa suprajohde . Doping 60 : llä valmistetaan käsittelemällä kiteitä metallihöyryllä useiden satojen celsiusasteiden lämpötiloissa. Tässä tapauksessa muodostuu X3C60-tyyppinen rakenne ( X on alkalimetalliatomi). Kalium oli ensimmäinen metalli , joka interkaloitiin . K 3 C 60 - yhdisteen siirtyminen suprajohtavaan tilaan tapahtuu 19 K : n lämpötilassa . Tämä on molekylaaristen suprajohteiden ennätysarvo . Pian todettiin, että monilla alkalimetalliatomeilla seostetuilla fulleriiteilla joko suhteessa X 3 C 60 tai XY 2 C 60 (X, Y ovat alkalimetalliatomeja ) on suprajohtavuus. Tällaisten korkean lämpötilan suprajohteiden (HTSC) ennätyksen haltijaksi osoittautui RbCs 2 C 60 -  sen Tcr = 33 K [35] .

Fullereeninoen pienten lisäaineiden vaikutus PTFE :n kitka- ja kulumisenestoominaisuuksiin

On huomattava, että fullereeni C 60 :n läsnäolo mineraalivoiteluaineissa käynnistää 100 nm:n paksuisen suojaavan fullereenipolymeerikalvon muodostumisen vasta-aineiden pinnoille. Muodostunut kalvo suojaa lämpö- ja oksidatiiviselta hajoamiselta, pidentää kitkayksiköiden käyttöikää hätätilanteissa 3–8 kertaa, voiteluaineiden lämpöstabiilisuutta 400–500 °C:een ja kitkayksiköiden kantavuutta 2–3 kertaa. laajentaa kitkayksiköiden käyttöpainealuetta 1 , 5-2 kertaa, lyhentää vastakappaleiden sisäänajoaikaa.

Muut sovellukset

Muita kiinnostavia käyttökohteita ovat akut ja sähköparistot, joissa fullereenilisäaineita käytetään tavalla tai toisella. Nämä akut perustuvat litiumkatodeihin, jotka sisältävät interkaloituja fullereeneja. Fullereeneja voidaan käyttää myös lisäaineina keinotekoisten timanttien valmistukseen korkeapainemenetelmällä . Tässä tapauksessa timanttien tuotto kasvaa ≈30%.

Lisäksi fullereeneille on löydetty käyttöä lisäaineina paisuvissa (paisuvissa) paloa hidastavissa maaleissa. Fullereenien käyttöönoton vuoksi maali turpoaa tulipalon aikana lämpötilan vaikutuksesta, muodostuu melko tiheä vaahto-koksikerros, joka pidentää useita kertoja lämmitysaikaa suojattujen rakenteiden kriittiseen lämpötilaan.

Myös fullereeneja ja niiden erilaisia ​​kemiallisia johdannaisia ​​käytetään yhdessä polykonjugoitujen puolijohtavien polymeerien kanssa aurinkokennojen valmistuksessa.

Kemialliset ominaisuudet

Fullereenit voidaan silti funktionalisoida erilaisilla kemiallisilla menetelmillä , vaikka niissä ei ole vetyatomeja, jotka voidaan korvata, kuten tavanomaisten aromaattisten yhdisteiden tapauksessa. Esimerkiksi sellaisia ​​fullereenien funktionalisointireaktioita, kuten Diels-Alder-reaktio , Prato -reaktio ja Bingel-reaktio , on käytetty menestyksekkäästi . Fullereeneja voidaan myös hydrata, jolloin muodostuu tuotteita C60H2 : sta C60H50 : een .

Lääketieteellinen merkitys

Antioksidantit

Fullereenit ovat tehokkaimpia nykyään tunnettuja antioksidantteja . Keskimäärin ne ylittävät kaikkien tuntemiensa antioksidanttien vaikutuksen 100-1000 kertaa. Oletetaan, että juuri tämän vuoksi ne pystyvät pidentämään merkittävästi rottien [36] [37] [38] ja sukkulamatojen [39] keskimääräistä elinikää . Oletetaan, että oliiviöljyyn liuennut C60 -fullereeni voidaan liittää solujen ja mitokondrioiden kaksikerroksisiin lipidikalvoihin ja toimia uudelleenkäytettävänä antioksidanttina [40] .

Uusien lääkkeiden luominen

Fullereenejä voidaan käyttää myös farmakologiassa uusien lääkkeiden luomiseen. Joten vuonna 2007 suoritettiin tutkimuksia, jotka osoittivat, että nämä aineet voivat olla lupaavia allergialääkkeiden kehittämisessä [41] [42] .

Fighting HIV

Erilaiset fullereenijohdannaiset ovat osoittautuneet tehokkaiksi aineiksi ihmisen immuunikatoviruksen hoidossa: viruksen tunkeutumisesta verisoluihin vastuussa olevalla proteiinilla, HIV-1-proteaasilla, on halkaisijaltaan 10 Ǻ pallomainen ontelo, jonka muoto säilyy. vakio kaikille mutaatioille. Tämä koko on melkein sama kuin fullereenimolekyylin halkaisija. On syntetisoitu fullereenijohdannainen, joka liukenee veteen. Se salpaa HIV-proteaasin aktiivisen keskuksen, jota ilman uuden viruspartikkelin muodostuminen on mahdotonta [43] .

Muistiinpanot

  1. ↑ Sidorov L. N., Ioffe I. N.  Endohedral fullerenes // Soros Educational Journal , 2001, nro 8, s. 31
  2. ↑ 1 2 3 Slyusar, V.I. Nanoantennit: lähestymistavat ja näkymät. - C. 58 - 65. . Elektroniikka: tiede, teknologia, liiketoiminta. - 2009. - nro 2. C. 58 (2009). Haettu 13. kesäkuuta 2020. Arkistoitu alkuperäisestä 3. kesäkuuta 2021.
  3. ↑ Kroto HW, Heath JR, O'Brien SC, et. al. C 60 : Buckminsterfullerene // Nature 318, 162 (1985) doi : 10.1038/318162a0
  4. ↑ Osawa E. Kagaku (Kioto), V.25, P.854 (1971); Chem. Abstr. V.74 (1971)
  5. ↑ Bochvar D. A., Galpern E. G. Hypoteettisista systeemeistä: karbododekaedri, s-ikosaedri ja karbo-s-ikosaedri // Neuvostoliiton tiedeakatemian raportit . - 1973. - T. 209 , nro 3 . - S. 610 .
  6. ↑ Nobelin kemian palkinto 1996 . Haettu 18. maaliskuuta 2008. Arkistoitu alkuperäisestä 19. lokakuuta 2012.
  7. ↑ Buseck PR, Tsipursky SJ, Hettich R. Fullerenes geologisesta ympäristöstä Arkistoitu 31. toukokuuta 2014 Wayback Machinessa // Tiede . (1992) 257(5067): 215-217 DOI: 10.1126/tiede.257.5067.215
  8. ↑ Jushkin N. P. . Shungiitin pallomainen supramolekulaarinen rakenne: skannaustunnelimikroskopiatiedot. // DAN . (1994) 337(6): 800-803.
  9. ↑ V. A. Reznikov. Yu.S. Polekhovsky . Amorfinen šungiittihiili on luonnollinen ympäristö fullereenien muodostumiselle. // Kirjeet ZhETF:lle . (2000) 26(15): 94-102.
  10. ↑ Daly TK, Buseck PR, Williams P. ja Lewis CF Fullerenes fulguriitista Arkistoitu 24. syyskuuta 2015 Wayback Machine Scienceen // (1993) 259: 1599-1601 DOI: 10.1126/ science.259.590
  11. ↑ Buseck P.R. Geologiset fullereenit: katsaus ja analyysi Arkistoitu 24. syyskuuta 2015 Wayback Machinessa // Earth and Planetary Science Letters. (2002) 203(I 3-4): 781-792 DOI: 10.1016/S0012-821X(02)00819-1
  12. ↑ Parthasarathy G. et ai . Luonnolliset fullereenit liitukauden ja tertiaarin rajakerroksesta Anjarissa, Kutchissa. // Geological Society of America Special Papers Arkistoitu 2. lokakuuta 2014, Wayback Machine (2002) 356: 345-350 DOI:10.1130/0-8137 -23456.
  13. ↑ Buseck P.R. Geologiset fullereenit: katsaus ja analyysi Arkistoitu 24. syyskuuta 2015 Wayback Machinessa . (englanniksi) // Earth and Planetary Science Letters. (2002) 203(I 3-4): 781-792 DOI: 10.1016/S0012-821X(02)00819-1<
  14. ↑ Sanchis J et ai. Aerosoliin sitoutuneiden fullereenien esiintyminen Välimeren ilmakehässä Arkistoitu 11. elokuuta 2021 Wayback Machinessa // Environ Sci Technol. (2012). 46(3): 1335-43. DOI: 10.1021/es200758m
  15. ↑ Cami J. et ai. . C60:n ja C70:n havaitseminen nuoressa planeetasumussa Arkistoitu 12. elokuuta 2014 Wayback Machinessa // Tiede . (2010) 329(5996): 1180-1182 - DOI: 10.1126/science.1192035
  16. ↑ Evans A. et ai. Kiinteän faasin C-60 erikoisessa binäärisessä XX Ophissa? Arkistoitu 11. lokakuuta 2015 Wayback Machinessa MNRAS Letters Arkistoitu 22. syyskuuta 2014 Wayback Machinessa . (2012) 421(1): L92-L96
  17. ↑ 1 2 Belousov V. P., Budtov V. P., Danilov O. B., Mak A. A. Optical Journal, osa 64, nro 12, s. 3 (1997)
  18. ↑ * Gerasimov V. I. "Fullereenien isomeerit", Physics and Mechanics of Materials -lehti. Arkistokopio päivätty 7. helmikuuta 2015 Wayback Machinessa ISSN 1605-2730, nide 20 nro 1 s. 25-31
  19. ↑ Kratschmer W., Lamb LD, Fostiropoulos K., Huffman DR Nature, V.347, nro 354 (1990)
  20. ↑ G.P. Kovtun, A.A. Verevkin. Nanomateriaalit: teknologia ja materiaalitiede. Arvostelu. - Kharkov: NSC KIPT, 2010. - 73 s.
  21. ↑ Ozawa M., Deota P., Ozawa E., Fullerene Sci. Technol. V. 7. No. 3. P. 387-409 (1999)
  22. ↑ Diederich F., Luonto. V. 369. P. 199-207 (1994)
  23. ↑ Bogdanov A. A., Dainiger D., Dyuzhev G. A. ZhTF . T. 70, nro 5. S. 1 (2000)
  24. ↑ 1 2 3 4 Vul A. Ya. Elektroniikkatekniikan materiaalit. No. 3. S. 4 (1999)
  25. ↑ Eletsky A. V., Smirnov B. M. // UFN. - T. 163, nro 2. - S. 33 (1993)
  26. ↑ Vaughan GBM et ai. Science, V. 254, s. 1350 (1991)
  27. ↑ Arndt M. et ai. C 60 -molekyylien aalto-hiukkasten kaksinaisuus  (englanti)  // Luonto. - 1999. - 14. lokakuuta ( nide 401 , nro 6754 ). - s. 680-682 . — ISSN 0028-0836 . - doi : 10.1038/44348 . — .
  28. ↑ Fullereenin kvanttiominaisuudet . Haettu 30. maaliskuuta 2010. Arkistoitu alkuperäisestä 12. tammikuuta 2012.
  29. ↑ GV Andrievsky, MV Kosevich, OM Vovk, VS Shelkovsky, LA Vashchenko. FULLEREENIEN VESIKOLLOIDILIUOKSEN VALMISTESTA. J. Chem. Soc., Chem. commun. 12 (1995) 1281-1282.
  30. ↑ GV Andrievsky, VK Klochkov, A. Bordyuh, GI Dovbeshko. KAHDEN C60-FULLEREENIN VESI-KOLLOIDIAALISEN LIUOKSEN VERTAILUVA ANALYYSI FT-IR-HEIJASTAAN JA UV-VIS-SPEKTROSKOPIAN AVULLA. Chem. Phys. Letters, 364 (2002) 8-17.
  31. ↑ GV Andrievsky, VK Klochkov, LI Derevyanchenko. Onko C 60 fullereenimolekyyli myrkyllistä?! Fullerenes, Nanotubes and Carbon Nanostructures, 13 (4), (2005) 363-37
  32. ↑ GV Andrievsky, VI Bruskov, AA Tykhomyrov, SV Gudkov. Hydratoitujen c60 fullereeninanorakenteiden antioksidantti- ja radiosuojavaikutusten erityispiirteet in vitro ja in vivo. Free Radical Biology & Medicine, 47 (2009) 786-793.
  33. ↑ Fullereeni (C60 ja C70) vesiliuokset (linkki ei saatavilla) . Haettu 6. helmikuuta 2010. Arkistoitu alkuperäisestä 31. joulukuuta 2011. 
  34. ↑ Y. Wada, M. Tsukada, M. Fujihira, K. Matsushige, T. Ogawa et ai., "Prospects and Problems of Single Molecule Information Devices", Jpn. J. Appl. Phys., V. 39, osa 1, nro 7A, s. 3835-3849 (2000)
  35. ↑ Hebard A. F. Annu. Rev. mater. Sei., V. 23, s. 159 (1993)
  36. ↑ Baati, T., Bourasset, F., Gharbi, N., Njim, L., Abderrabba, M., Kerkeni, A., Szwarc, H. & Moussa, F. (2012). Rottien eliniän pidentäminen antamalla [60] fullereenia toistuvasti suun kautta Arkistoitu 24. helmikuuta 2015 Wayback Machinessa . Biomaterials, 33(19), 4936-4946.
  37. ↑ Hendrickson, OD, Morozova, OV, Zherdev, AV, Yaropolov, AI, Klochkov, SG, Bachurin, SO ja Dzantiev, BB (2015). Tutkimus fullereeni c60:n jakautumisesta ja biologisista vaikutuksista rotille yhden ja usean mahansisäisen annostelun jälkeen. Arkistoitu 10. elokuuta 2021 Wayback Machinessa . Fullerenes, Nanotubes and Carbon Nanostructures, 23(7), 658-668. doi : 10.1080/1536383X.2014.949695
  38. ↑ DzhagarovD. E. (2012). "Magian noen" alkemia - C60-fulereenin käytön näkymät lääketieteessä Arkistoitu 2. huhtikuuta 2015 Wayback Machinessa . Biomolecule.ru
  39. ↑ Cong, W., Wang, P., Qu, Y., Tang, J., Bai, R., Zhao, Y., ... & Bi, X. (2015). Fullerenolin vaikutuksen arviointi ikääntymiseen ja stressinsietokykyyn käyttäen Caenorhabditis elegansia Arkistoitu 24. syyskuuta 2015 Wayback Machinessa . Biomaterials, 42, 78-86. doi : 10.1016/j.biomaterials.2014.11.048
  40. ↑ Living Longer - C60 oliiviöljyn haastattelu professori Fathi Moussan kanssa - C60oo Longevity study, Universtiry of Paris Arkistoitu 31. maaliskuuta 2016 Wayback Machinessa , suoratoisto 18. maaliskuuta 2015
  41. ↑ "Fullerenes VS Allergy" - Medicine 2.0 -sivusto, artikkelikooste . Käyttöpäivä: 27. toukokuuta 2012. Arkistoitu alkuperäisestä 29. marraskuuta 2014.
  42. ↑ John J. Ryan et ai. Fullereeninanomateriaalit estävät allergisen vasteen  (englanniksi)  // The Journal of Immunology. - 2007. - Voi. 179 . - s. 665-672 . — PMID 17579089 . Arkistoitu alkuperäisestä 29. elokuuta 2012.
  43. ↑ Simon H. Friedman et ai. HIV-1-proteaasin estäminen fullereenijohdannaisilla: mallinrakennustutkimukset ja kokeellinen verifiointi  //  J. Am. Chem. Soc.. - 1993. - Voi. 115 , nro. 15 . - P. 6506-6509 . - doi : 10.1021/ja00068a005 . Arkistoitu alkuperäisestä 5. marraskuuta 2019.

Kirjallisuus

Linkit

 Hiilen allotropia
sp 3
sp 2
spKarbiini
sekoitettu
sp 3 /sp 2
muu
hypoteettinen
liittyvät