Fullerene - hvað er þetta? Eiginleika og forrit fullerenes

Molecular allotropic form af kolefni miðað við eða breyting hans, fullerene, - a langur lína C _{N (n>} 20) atomic Blettir, which are closed kúpt polyhedra byggð úr kolefnisatómum og hefur fimmhyrndur eða sexstrendar andlit (hér að það eru mjög mjög sjaldgæfar undantekningar). Kolefnisfrumeindir i hinna óstaðgengnu fullerenes tilhneigingu til að vera ^sp2 -Hybrid ríki að annast samhæfingarkerfi tala af 3. Þannig setur er mynduð kúlulaga Konjugatið ómettaðan kerfi í samræmi við kenningu gildistengi.

almenn lýsing

Vannafræðilega er stöðugt við eðlilegar aðstæður myndað af kolefni miðað við - grafít, sem lítur út eins og stafla varla tengdur við hvert annað blöðum Graphene: a íbúð grindarbyggingu, sem samanstendur af sexhyrndar frumur, eftir því sem hornpunktar - kolefnisatóm. Hver þeirra er í tengslum við þremur nálægum atóm, og í fjórða gildistengi rafeinda myndar PI-kerfi. Svo fullerene - það er einmitt þetta sameinda form, þ.e. myndin ^sp2 -Hybrid ástand er augljós. Ef við kynna í Graphene blaði rúmfræðilegu galla óhjákvæmilega myndar lokaðan byggingu. Til dæmis eru slíkar skerðingar fimm atóma hringir (pentagonal brotflötur), nákvæmlega á sama, ásamt með hefðbundinni sexhyrndu kolefni efnafræði.

Setning Eulers segir að framleiðsla á lokuðu polyhedron með hornpunkta trohkoordinirovannymi hægt ef við kynna tólf pentagons, óháð fjölda sexhyrnds andlit. Þess vegna, lágmarks stærð við fullerene - er formlega C ₂₀ tólfflötungur. Hins curvature svipuð mannvirki, hafa lítinn fjölda kolefnisatóma er mikil, og því að sp ² -Hybrid ríkið er ekki mjög góð, þar kolefni kýs flatri samhæfingu. Þess vegna er minnsti í hreinu formi sem fékkst fullerene hennar - er C _60, með uppbyggingu styttu reglulega icosahedron. Í henni sexstrenda andlit eru aðskilin hvert frá öðru allar pentagonal. Fullerene Efnafræði kallar þetta reyndar einangrað Pentagon reglu, og það er háð mjög aðgengilegur fullerene.

formúla

Gidrantirovanny táknað S ₆₀ fullerene (C ₆₀ HyFn). Þetta varanlegur vatnssækna Supramolecular flókið, sem samanstendur af einni sameind af fullerene S ₆₀ í fyrsta skel hydrant og tuttugu fjórar við vatnssameindir. Þetta er the fullerene sem lét formúlu - C ₆₀ (H ₂ O) _24. Það samanstendur af tuttugu hexagons og tólf pentagons, út líkist fótbolta boltanum. Ennfremur, a tala af fullerene C ₇₀ fæðubótarefni sem milliafurðir byggingum, sem væri öllum pentagons eru einangruð, er ekki til. Þar sem C ₇₈ fullerene uppbygging gerir til að fylgjast með nokkrum stöðugar hverfumar af hvert um sig kolefni beinagrind. Fræðilega er það mögulegt að það fullerenes með kolefnisatómum af einhverju jafnri tölu, "æðri fullerenes".

Framleiðslunni á fullerenes af ArC kemur oftar eða rafeinda-geisla aðferð og með leysis uppgufun á grafít í helium andrúmslofti. Sót, sem þéttist á yfirborði reactor, er meðhöndlað i vatni við bakflæði bensen, tólúen, xýlen eða öðrum lífrænum leysum. Lausnin er látin gufa upp, mynda svart Þéttivatn, tíu til fimmtán prósent sem samanstendur af C ₇₀ og S ₆₀ fullerenes sem og mjög lítið magn af hærri fullerenes.

Hlutfallið á milli mismunandi furellenami kunna að vera breytilegir eftir Nýmyndun sambandanna breytum, en eru venjulega ₆₀ C ríkir, það er nokkrum sinnum meiri. Meðal mest hæsta C _78, S ₇₆ og C _84. Í almennu myndinni er lækkun á hlutfalli fullerene myndun af öllum vörum. Þetta er vegna þess, að öllum líkindum, með lágt líkur á samsetningu stórum mannvirki litlum klösum upphaflega gufað upp.

Af vatni sem inniheldur fullerenes

Algengustu og rannsakaður er C _60, þar sem eitt sameind af efninu í raun hafa tuttugu og fjögur vatnssameindir. Þetta fullerene sameind hefur mikla samhverfu, þar sem öll atóm séu jafngildar. kúlulaga formi hennar er fjarlægðin frá miðju í lotukerfinu kjarna til um það bil 0.36 nm og radíus bil 0,5 nM. Það myndar sameindarmassa kristal í þar sem sameindum eru andlit-miðju tenings grindurnar eru þriggja laga densest kúlulaga pökkun. Við hátt hitastig, _{60 °} C gufar upp án þess að mynda vökvafasa. Best af öllu það er leyst upp í ilmefnum um hvaða tegund kolefiiisdísúlfið leysiefnum, og skautaði - miklu verra. An lengja ellipsoidal lögun ₇₀ C, svo og hærra fullerenes hefur eðliseiginleika voru mjög svipaðar C _60.

Og á sviði efnafræði og þeir eru miklu fleiri örlátur og gefa hvert tækifæri til að fá mismunandi flokka þeirra afleiður: Metallofullerenes, heterofullerene. Vöruflokks auðæfi öllu ekzoendralnogo (outer-) tengslum, þ ví sem sérhvert kolefnisatóm - í boði viðbrögð staðnum. Þetta eru eiginleikar fullerenes. Þeir eru fastir með því að búa nýjar vörur, halógen atómum og vetnis, lífræn stakeindum, þar leiti jafnvel hringrás getur átt sér stað. Þannig fæst fjðlliðuefnum sem innihalda fullerenes samkennsluskólinn efnasamband. ₆₀ K C tengir að fjörutíu og átta tengihópum sem án þess að eyðileggja kolefni beinagrind. Þannig, til dæmis, sem fæst með því C ₆₀ F _48, og eru mörg þannig efnasambönd eru nýttir, þar sem Foundation eru fullerenes.

umsókn

Næstum fullerenes áhuga á algjörlega mismunandi sviðum. Í ljósi rafrænum eiginleika þeirra getur talist þeim og afleiður þeirra sem hálfleiðara. Fullerenes fúslega gleypa UV geislun, þeir hafa mikla rafeinda-draga getu. Allir þessir eiginleikar gera það mögulegt að beita þeim í photovoltaic, photoelectric skynjara, sól-máttur tæki af ýmsum sameinda rafeindatækni. Fullerenes eru nýttar í læknisfræði sem veirueyðandi og örverueyðandi efna, sem efhi í ljósvirknimeðferð og m. P.

Nútímatækni hefur leyft tiltölulega fljótt að auka heildarfjölda eininga til að fá fleiri fullerenes eru einnig betri og skilvirkari vinnubrögð fyrir meðferð þeirra. Þess vegna er kostnaður við, til dæmis, C ₆₀ hefur lækkað verulega á síðasta áratug og hálfum (með tíu þúsund til tíu til fimmtán dollara fyrir hvert gramm). Nú stöndum við frammi fyrir aðstæðum þar sem fyrir alvöru iðnaði og fullerenes falla á mann. Notkun þeirra er vaxandi og vaxandi á hverjum degi.

Til að fá upplýsingar um opnun

Fullerenes nefnt eftir hinni frægu arkitekt og verkfræðingur Richarda Bakminstera Fullera, sem á grundvelli uppbyggingu þeirra fann upp geodesic uppbyggingu. Í fyrstu, þessi tegund efnasambanda er takmörkuð við uppbyggingu, sem ma aðeins fimm til sex-og pentagonal andlit. Ef samsetning the fullerene sameindinni í viðbót við kolefnisatóm eru til staðar ýmsir frumefni, og þeir eru staðsettir innan kolefni beinagrind, þá sem kallaðir endohedral fullerenes. Ef atóm annarra frumefna er staðsettur utan við fullerenes eru fengin exohedrally. Nöfn þeirra, þetta sameinda mynd var ekki mjög langt síðan - árið 1985, þegar hópur vísindamanna gerði óvænt uppgötvun fullerene. Small, Kroto, Curl og önnur efnafræðingar rannsökuð grafít pör sem voru fengnar með leysis til eyðingar (geislað) sterkur. toppum var fundist, þar sem hafði mesta sveifluvídd sem svarar til klasa af þær sextíu og sjötíu kolefnisatóm.

Þannig að við reiknað sameindina C ₆₀ og C _70, auk tilgátu að fyrsta sameind er byggt í laginu eins og styttu icosahedron. Það er algengasta C ₆₀ nefndi bakminsterfullerenom og restin af sameindinni - bara fullerenes.

Vísindamenn-efnafræðingar eru vel versed í arkitektúr og mundi Fuller, sem byggði hvolfþak á byggingum svo - pentagons, hexagons klofnar, sem er grunnurinn að uppbyggingu sameinda beinagrindur algerlega öllum fullerenes. Hins vegar er þetta - heillandi saga, og ekki án áhugaverð saga. Á möguleika á tilvist slíkra sameinda nokkru fyrr var skrifað í Japan (1971), og fræðilegum grundvelli var aflað og birt í Sovétríkjunum (1973). Engu að síður, það Kroto, Curl og Small fékk Nóbelsverðlaun í efnafræði.

Náttúra og tækni

Undirbúningur hreinu fullerene er mögulegt með því að gervi myndun. Þessi efnasambönd halda áfram mikið rannsakað í mismunandi löndum, setja skilyrði sem myndun þeirra á sér stað, og er talið fullerene uppbyggingu og eiginleika þeirra. Sífellt vaxandi gildissvið. Það var komist að því að umtalsvert magn af fullerenes sem er í sót, sem er mynduð á grafítrafskautum í boga losun. Fyrr á þessu staðreynd einfaldlega aldrei séð aftur.

Þegar fullerenes voru framleidd við skilyrði á rannsóknarstofu, kolefni sameindum og fór að vera uppgötva í náttúrunni. Í Karelia, fannst okkur þær í shungites sýnum, Indlandi og Bandaríkjunum - í furulgitah. Einnig mörg og oft sameindir kolefnis í loftsteinum og seti neðst, sem er ekki minna en sextíu og fimm milljónum ára. Á jörðinni hreint fullerenes hægt að myndast frá eldingum og brennslu jarðgass. Air sýnin yfir Miðjarðarhafið, hafa verið rannsökuð árið 2011, og það kom í ljós að öll sýni tekin - frá Istanbul til Barcelona - það er fullerene. Eðliseiginleika efnisins valdið skyndileg myndun. Einnig mikið magn af henni er að finna í geimnum - og í loftkenndu ástandi, og í föstu formi.

samruni

Fyrstu tilraunir í einangrun í að fullerenes átti sér stað í gegnum þéttur gufu úr grafíti, sem var sem fæst með ágeislun frá leysi geislun í föstu formi grafít sýnum. Tókst að fá aðeins leifar af fullerenes. Aðeins í 1990 af efnafræðinga Huffman, Lamb og Kretschmer þróað nýja aðferð við framleiðslu á fullerenes í gram magni. Það fólst í að brenna grafít rafskaut með rafmagns boga í andrúmslofti helium og undir lágan þrýsting. Er rof á rafskautaverksmiðju og kammerverk veggir virtust sót innihalda fullerenes.

Ennfremur, kinroki er leyst upp í tólúeni eða benseni, og lausnin sem stóð grömm hreina, sameindir C ₇₀ og C _60. Ratio - 1: 3. Enn fremur, lausn sem samanstóð af þungur og tveir af hundraði hærri röð fullerenes. Nú það var auðvelt: velja hagkvæmustu breytur evaporadng - samsetningu í andrúmsloftið, þrýsting, þvermáli rafskautsins, núverandi og svo framvegis, til að ná hámarksnýting á fullerenes. Þeir voru allt að tólf prósent af raunverulegu rafskautaverksmiðju efni. Það er ástæða þess að svo dýr fullerenes eru.

framleiðslu

Allar tilraunir til tilrauna vísindamanna fyrst voru til einskis: afkastamikill og ódýrari aðferðir til að framleiða fullerenes eru. Hvorki brennandi loga vetniskolefna eða efnasmíði var misheppnaður. ljósboga aðferð hefur verið mest gefandi, gerir þér kleift að taka á móti um eitt gramm af fullerenes á klukkustund. Fyrirtækið Mitsubishi hefur þróað aðferð við að framleiða brennslu kolvetnis, en þeir eru ekki hreinar fullerenes - þeir innihalda súrefni sameindir. Og svo langt það er enn óljóst gangverk myndun þessa efnis, þar Arc ferli eru afar óstöðugt frá varmaaflfræðilegra sjónarmiði, og það er mjög eindregið hamlar umfjöllun um kenningu. Only irrefutable sönnun þess að safnar einstaklingur fullerene kolefnisatóm, þ.e.a.s. C ₂ brot. Hins vegar skýra mynd af myndun þessa efnis hefur ekki verið mynduð.

The hár kostnaður af fullerene ræðst ekki aðeins lítil ávöxtun þegar brennt. Einangrun, hreinsun, aðskilnað fullerenes af mismunandi massa af sót - öll þessi aðferð eru frekar flóknar. Sérstaklega varðar það aðskilið blöndunni í aðskilda sameinda broti, sem eru haldin af því vökva á súlu með því og hár þrýstingur. Á síðasta stigi Leysisleifar eru fjarlægðar úr þegar solid fullerene. Fyrir þetta sýni er haldið undir dynamic lofttæmi við hitastig sem er allt að tvö hundruð og fimmtíu gráður. En kostur er að við þróun á fullerene C ₆₀ og fá hana í stórsæum magni þegar lífræn efnafræði hefur aukist sjálfstæða útibú - efnafræði fullerenes, sem hefur orðið ótrúlega vinsæll.

ávinningur

Fullerene afleiður eru notaðar á ýmsum sviðum tækni. Spaðana og fullerene kristalla - hálfleiðara having photoconductivity undir optical geislun. Crystals C _60, ef doped atóm af alkalískum fos & málma, umskipti til stöðu superconductivity. fullerene lausnir hafa línuleg sjón eiginleika, og því er hægt að nota sem grunn sjón hlera sem eru nauðsynlegar til verndar frá mikilli geislun. Einnig fullerene notað sem hvati fyrir myndun demantur. Fullerenes eru mikið notaðar í líffræði og læknisfræði. Það ræður þrjár eiginleika þessara sameinda: Ákvörðun fitusækni membranotropnyh, elektronodefitsit gefur getu samskipti við sindurefni, en einnig getu til að flytja súrefni sameind hefðbundið sína eigin spennt ástand og til að snúa súrefni singlet.

Slík hvarfgjörn efni ráðast Iffsameindir: kjarnsýrur, prótein, fitur. Viðbrögð tegundir súrefni eru notuð í ljósvirknimeðferðinni til að meðhöndla krabbamein. blóði sjúklingsins, er kynnt ljósnæmum, að útbúa viðbrögð tegundir súrefni - í raun fullerenes eða afleiður þeirra. The blóðflæði í æxlinu er lægra en í heilbrigðum vef miðað, og vegna þess að ljósnæmum safnast fyrir í það, og eftir að geislun átt að sameindar er spennt með því að búa viðbrögð tegunda súrefni. krabbameinsfrumur upplifa apoptosis, og æxlið er eytt. Í viðbót við það - fullerenes hafa andoxunarefni eiginleika og gildru viðbrögð tegunda súrefni.

Fullerene lækkar HIV integrasa virkni, prótein sem er ábyrgur fyrir samþættingu veira inn í DNA með samskipti við það með því að breyta löguninni og svipta hann um jarðvegsvinna aðalæð virka. Sum fullerene afleiður hafa samskipti beint við DNA og tálmað verkun restiktaz.

Meira um lyfið

Árið 2007, vatnsleysanleg fullerenes byrjaði að nota til að borða þá eins ofnæmishindrandi lyf. Rannsóknir voru gerðar á blóði úr mönnum og fruma sem hafa verið útsett fullerene afleiðum - C60 (hreinan) X and C60 (OH) x. Í tilraunum á lífverur - mýs - niðurstöður voru jákvæðar.

Nú þegar efni sem notað er eins og a lyfjagjafarbúnaðinn genaferju, vegna þess að vatn sem inniheldur fullerenes (muna vatnsfælni C ₆₀₎ skerst í frumuhimnunnar er mjög auðvelt. Til dæmis, rauðkornavaki - nýrum hormón færa beint inn í blóðrásina, er rýrnað umtalsvert magn, og ef það er notað ásamt fullerenes, styrkleikamörk eykst til meira en tvöfalt, því það kemst í klefanum.