Fullerene - wat ass dat? Eegeschaften a Programmer vun fullerenes

Molekulare allotropic Form vu Kuelestoff oder hir Rechter, fullerene, - eng laang Linn C _{n (n>} 20) atomarer Stärekéip, déi Haaptspigel Brahe vun Kuelestoff Atomer gebaut zougemaach ginn an e pentagonal oder sechseckeg Gesiichter mussen (hei ginn et ganz seelen Ausnahmen). Carbon Atomer an der unsubstituted fullerenes éischter SP ² -Hybrid Staat mat enger Koordinatioun Zuel vun 3. Sou gin ass eng Kugelgestalt conjugate unsaturated System no VALENCE Emissioun Theorie gemaach.

allgemeng Beschreiwung

De stäerkste thermodynamically stabil ënner normale Konditioune Form vu Kuelestoff - GRAPHITE, déi wéi e Stack gesäit kaum mat all aner graphene Blieder verbonne: engem Appartement strooss, aus sechseckegen Zellen, wou Bewegungen - Kuelestoff Atomer. Jiddereng vun hinnen ass verbonne mat dräi Nopeschlänner Atomer, an der véierter VALENCE Elektronen Formen engem PI-System. Also fullerene - et ass genee dës molekulare Form, dh d'Bild SP ² -Hybrid Staat ze iwwersinn ass. Wa mir an der graphene Blat ADR Mängel Aféieren Formen zwangsleefeg eng zougemaach Struktur. Zum Beispill, sinn esou Mängel fënnef-membered Réng (pentagonal Gesiichter), genee déi selwecht, zesumme mat gemeinsam sechseckegen Kuelestoff Chimie.

Euler d'dësen Staaten, datt d'Produktioun vun engem zougemaach polyhedron mat Bewegungen trohkoordinirovannymi méiglech wa mer zwielef pentagons aféieren, onofhängeg vun der Zuel vun sechseckegen Gesiichter. Dofir, de Minimum Gréisst vun engem fullerene - ass formell C ₂₀ dodecahedron. curvature Ee ähnlech Strukturen, eng kleng Zuel vu Kuelestoff Atomer se ass héich, an dofir ze SP ² -Hybrid Staat net ganz gutt ass, well Kuelestoff planar Koordinatioun léiwer. Dat ass firwat a senger reng Form kritt fullerene de klengste - ass C _60, d'Struktur vun engem gekierzt regelméisseg icosahedron mussen. An et sinn sechseckegen Gesiichter aus all aner all pentagonal getrennt. Fullerene Chimie rifft dëser Tatsaach der isoléiert gemeschten Regel, an et ass Sujet zu enger wierklech zougänglech fullerene.

Formule

Gidrantirovanny mat C ₆₀ fullerene (C ₆₀ HyFn). Dës laang halen hydrophilic supramolecular Komplex, dee vun engem Protein vun der fullerene C ₆₀ an der éischter Réibau hydrant an zwanzeg véier Waasser Molekülle besteet. Dëst ass d'fullerene hir Formule - C ₆₀ (H ₂ O) _24. Et besteet aus zwanzeg hexagons an zwielef pentagons, outwardly engem soccer Ball Mooss. Weider, eng Rei vun fullerene C ₇₀ Olivier Martinez als Mëttelstuf Strukturen, déi all pentagons sinn isoléiert ginn hätt, gëtt et net. Zanter C ₇₈ erlaabt fullerene Struktur puer stabil isomers vun all Kuelestoff Skelett ze observéieren. Réimech ass et méiglech, datt et mat Kuelestoff Atomer vun all souguer Nummer, "héich fullerenes" fullerenes.

Der Virbereedung vun fullerenes vun Arc existeiert méi oft oder Method Elektronen-hëlze a vun Laser Ausnam vun GRAPHITE an engem Helium Atmosphär. Soot, déi op der Uewerfläch vun der Reaktergebai condenses, ass am refluxing benzene, toluene, xylene oder aner organesch Léisungsmëttelen behandelt. D'Léisung ass verdämpt, eng schwaarz condensate administrativ, zéng bis fofzéng pro Cent aus C ₇₀ an C ₆₀ fullerenes wéi och ganz kleng Quantitéiten vun héich fullerenes.

D'Verhältnis tëscht verschiddene furellenami kann variéieren, jee no der Synthes Parameteren, mä generell ₆₀ C schounen, ass et e puer mol méi grouss. Ënnert déi héchste C _{78, 76} C an C _84. Am allgemengen Bild do ass e Réckgang an der Undeel vun fullerene Synthes vun alle Produkter. Dat ass wéinst, Wahrscheinlechkeet, mat enger niddereger Probabilitéit vun grousse Strukturen vun kleng Stärekéip Ufank verdämpt zesummen.

Waasser mat fullerenes

De stäerkste gemeinsam an extensiv studéiert ass C _60, wou ee Protein vun der Substanz eigentlech zwanzeg-véier Waasser Molekülle hunn. Dëst fullerene Protein huet eng héich Briechung, wou all d'Atomer gläichwäerteg sinn. Seng Kugelgestalt Form ass d'Distanz vun den Zentrum vun der atomarer Käre fir ronn 0,36 nm an engem Radius vu ronn 0,5 nm. Et Formen engem molekulare Kristallsglas produzéiert an déi Molekülle Gesiicht-Sëtz Kubikzentimeter strooss sin, dräi-Layer densest Kugelgestalt Uërtschaft. Op héich Temperatur, ₆₀ C sublimes ouni Flëssegket Phase grënnen. Beschte vun alle ass et am aromatesche Substanze vun den Type vu Kuelestoff disulfide Léisungsmëttelen opgeléist, an polare - vill verschlechtert. Engem verlängerten krute Form ₇₀ C, grad wéi héich fullerenes huet physikalesch Eegeschaften ganz ähnlech ze C _60.

An am Beräich vun Chimie sinn si vill méi generéis an all Geleeënheet ginn hir verschidde Klassen vun dësem Projet ze kréien: Metallofullerenes, heterofullerene. Famill vun Produite räichen all ekzoendralnogo (outer-) Verbindung, well all Kuelestoff Atom - sinn Reaktioun Site. Dës sinn d'Eegeschafte vun fullerenes. Si sinn duerch nei Produite, halogen Atomer a Waasserstoff, Bio Radikaler fräigesat waren, plädéiert souguer kreesleef geschéie kann. Sou Polymer Material mat fullerenes Multigrade Facettenaen kritt. ₆₀ K C danzt zu véierzeg-aacht substituents ouni de Kuelestoff Skelett CSJ. Sou zum Beispill, ₄₈ vun C ₆₀ F _kritt, a vill esou awer sinn geheescht, Hellef der Fondatioun fullerenes sinn.

Applikatioun

Schéin sinn fullerenes zu komplett verschiddenen Beräicher interesséiert. Am Hibléck op hir elektronesch Eegeschafte kann hinnen an hire Projet als semiconductors considéréiert ginn. Fullerenes nëtzlecht UV Stralung absorbéieren, si hunn héich Elektronen-Dir probéiert. All dës Eegeschafte maachen et méiglech hinnen an der Zilsetzung ze gëllen, photoelectric detektéieren, Sonnesystem-ugedriwwen Apparater vun verschiddenen molekulare elektronesch Apparater. Fullerenes sinn an Medezin als antiviral an Do Agenten, den Agenten am photodynamic Therapie an m geheescht. P.

Modernen Technologien hunn relativ séier Nodeems den Total vun Unitéiten ze klammen zu méi fullerenes sinn och besser a méi efficace Aarbechtsmethoden fir hir Behandlung kréien. Dat ass firwat d'Käschten vun, zum Beispill, C ₆₀ méi iwwer de leschte Jorzéngt an enger Halschent (mat zéng dausend bis zéng bis fofzéng Dollar pro Gramm) Fro äntwerten huet. Elo si mer mat enger Situatioun konfrontéiert wou fir real industriell Applikatiounen an fullerenes zu der Persoun falen. Hir Notzung ass grouss an all Dag wiisst.

Fir Informatiounen iwwert Ouverture

Fullerenes benannt nom berühmte Architekt an Ingenieur Richarda Bakminstera Fullera, déi op der Basis vun hirer Struktur der geodesic Struktur erfannen. Um éischten, ass dëst Klass vum awer un der Struktur limitéiert, déi déi eenzeg sechs-a pentagonal Gesiichter abegraff. Wann der Zesummesetzung vun der fullerene Protein an Zousätzlech zu Kuelestoff Atomer sinn präsent verschidde chemesch Elementer, a si am Kuelestoff Skelett etabléiert, déi genannt endohedral fullerenes. Wann d'Atomer vun aneren Elementer sinn ausserhalb der fullerenes etabléiert sinn exohedrally kritt. Hir Nimm, dëst molekulare Form war net ganz laang virun - 1985, wéi e Grupp vu Fuerscher der onerwaart Entdeckung vun fullerene feieren. Kleng, Kroto, Wëndungskorrektur an aner chemists studéiert GRAPHITE Puer déi vun Laser ablation (irradiation) staark kritt huet. Moundalpen sech fonnt déi op de Stärekéip vun der siechzeg an siwwenzeg Kuelestoff Atomer entspriechend engem Bäschten Amplituden haten.

Esou berechent mir de Protein C ₆₀ an C _70, wéi och d'Hypothes, datt déi éischt Protein an der Form vun engem gekierzt icosahedron gebaut ass. Et ass déi gemeinsam C ₆₀ genannt bakminsterfullerenom an de Rescht vun der Protein - just fullerenes.

Wëssenschaftler-chemists gutt an Architektur beherrscht a wéinst dem Fuller, déi de Kuppel op d'Gebaier sou gebaut - pentagons, hexagons cloven, ass, datt d'Fëllement vun der Struktur vun der molekulare skeletons vun absolut all vun fullerenes. Mä dat ass - eng spannend Geschicht, an net ouni eng interessant Geschicht. Op d'Méiglechkeet vun der Existenz vun esou Molekülle bësse virdrun et an Japan (1971), an der theoretesch Basis geschriwwen huet war an der UdSSR (1973) kritt a publizéiert. Trotzdem, et Kroto kruten Wëndungskorrektur a klenger de Nobelpräis an der Chimie.

Natur an Technologie

Virbereedung vun reng fullerene ass méiglech duerch kënschtlech Synthes. Dës awer weiderhin intensiv a verschiddene Länner studéiert, Konditiounen Kader ënnert deenen hir Équipe existeiert, an ass fullerene Struktur an hire Besëtz considéréiert. Eng ëmmer méi grouss Beräich vun Applikatioun. Et war fonnt datt e groussen Undeel vun fullerenes am soot Texter, déi op GRAPHITE gedränkt an engem Arc Offlossquantitéit gemaach ass. Virdrun dëser Tatsaach einfach ni erëm gesinn.

Wann der fullerenes ënner Labo Konditioune produzéiert goufen, Kuelestoff a Molekülle ugefaang an Natur nogewise ginn. An Karelia, fonnt mir hinnen an shungites Echantillon, Indien an d'USA - an furulgitah. Och vill a reegelméissegen Kuelestoff Molekülle an Meteoriten a wa mir net grad an der ënnen, wat net ass manner wéi siechzeg-fënnef Millioune Joer. Op der Äerd reng fullerenes kann aus Blëtz an de Verbrennungsmotor vun natierleche Gas gemaach ginn. Air Echantillon iwwer d'Mëttelmier geholl, hunn 2011 studéiert ginn, an et gouf erausfonnt, datt all Echantillon - aus Istanbul zu Barcelona - et ass eng fullerene. Kierperlech Eegeschafte vun der Matière Ursaach der spontan Équipe. an an de Gas Staat, a staark Form - och grouss Quantitéiten vun et sinn am Plaatz fonnt.

Synthes

Déi éischt Experimenter vun Isolatioun vun fullerenes geschitt duerch condenséierter vapors vun GRAPHITE, déi vun irradiation vu Laser irradiation vun staark GRAPHITE Echantillon kritt huet. Verlängert nëmmen Spure vun fullerenes kréien. Nëmmen an 1990 vun chemists Huffman, Lämmchen an Kretschmer entwéckelt eng nei Method vun Produktioun vun fullerenes an Gramm Quantitéite. Et bestoung GRAPHITE gedränkt duerch eng elektresch Arc an eng Atmosphär vun Helium a ënner niddereg Drock am Brennen. Ass d'Ofkéier vun der Anode an der Chamber Mauere wossten mat fullerenes zu soot.

Weider ass, soot zu toluene oder benzene opgeléist, an déi doraus resultéierend Léisung stoungen Gramm reng Molekülle C ₇₀ an _{60 C.} Verhältnis - 1: 3. Ausserdeem, eng Léisung vun schwéier an zwee Prozent méi héich Fir fullerenes aus. Elo ass et einfach: wielt déi optimal Parameteren fir evaporating - d'Zesummesetzung vun der Atmosphär, Drock, Elektroden Duerchmiesser, aktuell a sou op, déi maximal nozeginn vun fullerenes ze erreechen. Si huet bis ongeféier zwielef Prozent vun der aktueller Anode Material. Dat ass firwat sou deier fullerenes sinn.

Produktioun

All Versuch experimentell Wëssenschaftler um goufen éischt an ëmsoss: d'produktiv a méi bëlleg Methode vun produzéiert fullerenes sinn. Weder d'Verbrenne Flam vun hydrocarbons oder chemesch Synthes goufen Mëssgléckt. elektresch Arc Method huet déi produktiv gouf, erlaabt Iech iwwer ee Gramm fullerenes pro Stonn ze kréien. D'Firma WM-Klassement huet eng Method vun der Fabrikatioun Verbrennungsmotor vun hydrocarbons entwéckelt, mä si sinn net reng fullerenes - si Sauerstoff Molekülle enthalen. An esou wäit bleift et de Mechanismus vun Équipe vun dëser Substanz kloer, well d'Arc Prozesser extrem onbestänneg aus engem thermodynamic Siicht sinn, an et ass ganz staark bremst Contrepartie vun der Theorie. Nëmmen irrefutable Beweis datt Atomer eenzelne fullerene Kuelestoff sammelen, i.e. C ₂ Fragmenter. Allerdéngs huet d'kloer Bild vun der Équipe vun dëser Substanz net gemaach ginn.

Déi héich Käschte vun fullerene ass wann verbrannt net nëmmen niddereg noginn alles. Isolatioun, Offäll, Trennung vu fullerenes vun verschidden Radius vun soot - all dës Prozesser sinn zimlech komplex. Virun allem betrëfft dat d'Mëschung an separat molekulare ufale trennen, déi vun Flëssegket KOLONN chromatography an héijen Drock ofgehale ginn. Um leschten Etapp vun Léisungsmëttelbad Reschter sinn aus der scho staark fullerene geläscht. Fir dës Prouf ass bei enger Temperatur vu bis zu zwee honnert a fofzeg Grad ënnert dynamesch Vakuum huet. Mee de Virdeel ass, datt während der Entwécklung vun fullerene C ₆₀ an se an macroscopic Quantitéite kréien schon organesch Chimie onofhängeg Brahmaputra ugebaut huet - d'Chimie vun fullerenes, déi onheemlech populär ginn huet.

profitéieren

Fullerene dësem Projet ginn an verschiddenen Beräicher vun Technologie benotzt. Foils an fullerene Kristaller - semiconductor mussen photoconductivity ënner opteschen irradiation. Kristaller C _60, wann eng Zort Atomer vun alkaline Metaller, Iwwergank zu engem Staat superconductivity. fullerene Léisungen hunn nonlinear optesch Eegeschaften, an dofir kann een als Basis vun opteschen Lueden benotzt ginn, datt fir de Schutz vun der enorm Stralung néideg sinn. Och fullerene als Katalysator vun Diamanten Synthes benotzt. Fullerenes sinn dagsiwwer am Biologie an Medezin benotzt. Et beschäftegt dräi Eegeschafte vun dëse Molekülle: membranotropnyh lipophilicity Bestëmmung, elektronodefitsit Fähegkeet dÉxistenz fräi Radikaler fräigesat Féierung, mä och d'Fähegkeet Sauerstoff Protein konventionell hir eege opgereegt Staat ze Transfert an de Sauerstoff singlet ze maachen.

Sou reaktiv Substanzen Attack biomolecules: definitiv Saieren, Proteinen, Fetten. Reaktiv Sauerstoff Arten sinn an photodynamic Therapie fir Kriibs Behandlung benotzt. De Patient an d'Blutt ass photosensitizers agefouert, reaktiv Sauerstoff Arten generéieren - eigentlech fullerenes oder dësem Projet begleeden. Der ugekuerbelt an der klinescher ass méi schwaach wéi an gesond Stoffer, a well photosensitizers an dat, an no der irradiation Richtung vun der Protein cumuléiert ginn opgereegt duerch reaktiv Sauerstoff Arten generéieren. Kriibs Zellen erliewen apoptosis, an der klinescher zerstéiert ass. Nieft datt - fullerenes hunn neier Étude Eegeschaften an Fal reaktiv Sauerstoff Arten.

Fullerene sénkt HIV integrase Aktivitéit, e Protein datt fir d'Integratioun vun de Virus duerch d'DNA vun proposéiert mat et duerch Zaïtgeescht der conformation an depriving him vun Wrecking den Haaptgrond Funktioun responsabel ass. Verschiddener vun fullerene dësem Projet sech direkt mat DNA an inhibit der Aktioun restiktaz.

Méi iwwert Medezin

Am Joer 2007, huet d'Waasser-soluble fullerenes fir giess hinnen als antiallergic Agenten gin benotzt. Studien sech op Mënscherechter Blutt an Zellen gehaal dass fullerene dësem Projet ausgesat goufen - C60 (net) x an C60 (leider) x. An Experimenter op Liewensstandard Organismen - Mais - d'Resultater waren positiv.

Schonn, eng Substanz als Drogenofhängeger Liwwerung Vecteure benotzt, well d'Waasser fullerenes (Réckruff hydrophobicity C ₆₀₎ penetrates der Zell Membran ass ganz einfach mat. Zum Beispill, erythropoietin - Niere Hormon direkt an der Glukose verbënnt koum, zu engem groussen Undeel deforméiert ass, a wann se zesummen mat fullerenes benotzt ginn ass, kritt d'Konzentratioun méi zu méi wéi duebel, well et an der Zell.