Biljni fulereni. O vodi. Mali, ali precizan

Najefikasnija metoda za proizvodnju fulerena zasniva se na termičkoj razgradnji grafita. Kada se grafit umjereno zagrije, veza između pojedinačnih slojeva grafita se prekida, ali se ispareni materijal ne razlaže na pojedinačne atome. U ovom slučaju, ispareni sloj se sastoji od pojedinačnih fragmenata, koji su kombinacija šesterokuta. Od ovih fragmenata se gradi molekula C60 i drugi fulerini. Za razgradnju grafita za proizvodnju fulerena koriste se otporno i visokofrekventno zagrijavanje grafitne elektrode, sagorijevanje ugljovodonika, lasersko zračenje površine grafita i isparavanje grafita fokusiranim sunčevim snopom. Ovi procesi se izvode u pufer gasu, koji je obično helijum. Najčešće se za proizvodnju fulerena koristi lučno pražnjenje s grafitnim elektrodama u atmosferi helija. Glavna uloga helijuma je povezana sa rashladnim fragmentima koji imaju visok stepen vibracijske pobude, što ih sprečava da se kombinuju u stabilne strukture. Optimalni pritisak helijuma je u rasponu od 50-100 Torr.

Osnova metode je jednostavna: između dvije grafitne elektrode pali se električni luk u kojem anoda isparava. Na zidovima reaktora taloži se čađ koja sadrži od 1 do 40% (u zavisnosti od geometrijskih i tehnoloških parametara) fulerena. Za ekstrakciju fulerena iz čađi koja sadrži fuleren koristi se odvajanje i prečišćavanje, tečna ekstrakcija i kolonska hromatografija. U prvoj fazi, čađ se tretira nepolarnim otapalom (toluen, ksilen, ugljični disulfid). Efikasnost ekstrakcije osigurava se korištenjem Soxhlet aparata ili ultrazvučnog tretmana. Dobijeni rastvor fulerena se odvaja od taloga filtriranjem i centrifugiranjem, rastvarač se oddestiluje ili isparava. Čvrsti sediment sadrži mješavinu fulerena, rastvorenih u različitom stepenu pomoću rastvarača. Razdvajanje fulerena na pojedinačna jedinjenja vrši se tečnom hromatografijom na koloni ili tečnom hromatografijom visokog pritiska. Potpuno uklanjanje ostatka rastvarača iz čvrstog uzorka fulerena vrši se držanjem na temperaturi od 150-250 °C u uslovima dinamičkog vakuuma nekoliko sati. Dalje povećanje čistoće postiže se sublimacijom pročišćenih uzoraka

8. Izgledi za praktičnu upotrebu fulerena i fulerita

Otkriće fulerena je već dovelo do stvaranja novih grana fizike čvrstog stanja i hemije (stereohemije). Biološka aktivnost fulerena i njihovih derivata se aktivno proučava. Pokazalo se da su predstavnici ove klase sposobni inhibirati različite enzime, izazvati specifično cijepanje molekula DNK, promovirati prijenos elektrona kroz biološke membrane i aktivno sudjelovati u različitim redoks procesima u tijelu. Započeo je rad na proučavanju metabolizma fulerena, s posebnim osvrtom na antivirusna svojstva. Posebno se pokazalo da su neki derivati ​​fulerena sposobni inhibirati proteazu virusa AIDS-a. Ideja o stvaranju lijekova protiv raka na bazi endoedarskih spojeva fulerena topivih u vodi s radioaktivnim izotopima je široko raspravljena. Ali ovdje ćemo se uglavnom dotaknuti perspektiva upotrebe fuleren materijala u tehnologiji i elektronici.

Mogućnost dobijanja supertvrdih materijala i dijamanata. Velike nade se polažu u pokušaje da se fuleren, koji ima delimičnu sp^3 hibridizaciju, koristi kao sirovina za zamenu grafita u sintezi dijamanata pogodnih za tehničku upotrebu. Japanski istraživači koji su proučavali uticaj pritiska na fuleren u rasponu od 8-53 GPa pokazali su da tranzicija fuleren-dijamant počinje pri pritisku od 16 GPa i temperaturi od 380 K, što je znatno niže od

za prelaz grafit-dijamant. Mogućnost dobijanja

veliki (do 600-800 mikrona) dijamanti na temperaturama od 1000 °C i pritiscima do 2 GPa. Prinos velikih dijamanata dostigao je 33 težine. %. Linije Ramanskog rasejanja na frekvenciji od 1331 cm^-1 imale su širinu od 2 cm^-1, što ukazuje na visok kvalitet dobijenih dijamanata. Aktivno se proučava i mogućnost dobijanja supertvrdih tlačno polimerizovanih faza fulerita.

Fulereni kao prekursori za rast dijamantskih filmova i silicijum karbida. Filmovi poluprovodnika sa širokim razmakom, kao što su dijamant i silicijum karbid, obećavaju za upotrebu u visokotemperaturnoj, brzoj elektronici i optoelektronici, uključujući ultraljubičasti opseg. Cijena takvih uređaja ovisi o razvoju metoda kemijskog taloženja (CVD) za filmove sa širokim razmakom i kompatibilnosti ovih metoda sa standardnom tehnologijom silicija. Glavni problem u uzgoju dijamantskih filmova je da se reakcija prvenstveno usmjeri duž puta formiranja faze sp^3, i Ne sp^2. Čini se efikasnim koristiti fulerene na dva načina: povećanje brzine formiranja centara nukleacije dijamanata na supstratu i njihovo korištenje kao prikladnih "građevnih blokova" za uzgoj dijamanata u plinskoj fazi. Pokazano je da se fragmentacija C60 javlja u mikrotalasnom pražnjenju na C2, koji su pogodni materijali za rast kristala dijamanata. MER Corporation je proizvela visokokvalitetne dijamantske filmove sa stopom rasta od 0,6 µm/h koristeći fulerene kao prekursore rasta i nukleacije. Autori predviđaju da će ova visoka stopa rasta značajno smanjiti cijenu CVD dijamanata. Značajna prednost je u tome što fulereni olakšavaju proces usklađivanja parametara rešetke tokom heteroepitaksije, što omogućava upotrebu IR materijala kao supstrata.

Trenutni procesi za proizvodnju silicijum karbida zahtevaju korišćenje temperatura do 1500 °C, što je slabo kompatibilno sa standardnom tehnologijom silicijuma. Ali upotrebom fulerena, silicijum karbid se može dobiti taloženjem C60 filma na silicijumsku podlogu uz dalje žarenje na temperaturi koja ne prelazi 800 - 900 °C sa brzinom rasta od 0,01 nm/s na Si supstratu.

Fulereni kao materijal za litografiju. Zbog sposobnosti polimerizacije pod dejstvom laserskog ili elektronskog snopa i na taj način formiranja faze netopive u organskim otapalima, obećavajuća je njihova upotreba kao otpornika za submikronsku litografiju. Fullerenski filmovi mogu izdržati značajno zagrijavanje, ne kontaminiraju podlogu i omogućavaju suho razvijanje.

Fulereni kao novi materijali za nelinearnu optiku. Materijali koji sadrže fulerene (otopine, polimeri, tekućine s izrazito nelinearnim optičkim svojstvima su obećavajuće za upotrebu kao optički limiteri (atenuatori) intenzivnog laserskog zračenja; fotorefraktivni mediji za snimanje dinamičkih holograma; frekventni pretvarači; uređaji za faznu konjugaciju.

Najviše proučavana oblast je stvaranje optičkih limitera snage na bazi C60 rastvora i čvrstih rastvora. Efekat ograničenja nelinearnog prenosa počinje na približno 0,2 - 0,5 J/cm^2, nivo zasićenog optičkog prenosa odgovara 0,1 - 0,12 J/cm2. Kako koncentracija u otopini raste, nivo ograničenja gustoće energije opada. Na primjer, s dužinom puta u uzorku od 10 mm (kolimirani snop) i koncentracijama otopine C60 u toluenu od 1 * 10^-4, 1,65 * 10^-4 i 3,3 * 10^-4 M, zasićeni ispostavilo se da je propustljivost optičkog limitera jednaka 320, 165 i 45 mJ/cm 2 respektivno. Pokazano je da se na talasnoj dužini od 532 nm pri različitim dužinama impulsa t (500 fs, 5 ps, 10 ns) nelinearno optičko ograničenje manifestuje pri gustoćima energije od 2, 9 i 60 mJ/cm^2. Pri visokim gustoćama ulazne energije (više od 20 J/cm^2), pored efekta nelinearne zasićene apsorpcije sa pobuđenog nivoa, uočava se i defokusiranje snopa u uzorku, što je povezano sa nelinearnom apsorpcijom, povećanjem temperaturu uzorka i promjenu indeksa prelamanja u području prolaska zraka. Za veće fulerene, granica apsorpcionih spektra se pomera na veće talasne dužine, što omogućava dobijanje optičke granice na λ = 1,064 μm.

Da bi se stvorio optički limiter u čvrstom stanju, bitno je uvesti fulerene u matricu čvrstog stanja uz očuvanje molekule kao cjeline i formiranje homogene čvrste otopine. Također je potrebno odabrati matricu s visokom otpornošću na zračenje, dobrom transparentnošću i visokim optičkim kvalitetom. Kao čvrste matrice koriste se polimeri i staklasti materijali. Prijavljena je uspješna priprema čvrste otopine C60 u SiO 2 korištenjem sol-gel tehnologije. Uzorci su imali optičku granicu od 2-3 mJ/cm^2 i prag razaranja veći od 1 J/sv^2. Također je opisan optički limiter na polistirenskoj matrici i pokazano je da je u ovom slučaju učinak optičkog ograničenja 5 puta bolji nego kod C60 u otopini. Prilikom uvođenja fulerena u laserske fosfatne čaše pokazalo se da fulereni C60 i C70 u čašama nisu uništeni i mehanička čvrstoća stakla dopiranih fulerenima je veća od čistih.

Zanimljiva primjena ograničenja snage nelinearnog optičkog zračenja je upotreba fulerena u laserskoj šupljini za suzbijanje spike moda tokom zaključavanja self-mode. Visok stepen nelinearnosti medija sa fulerenima može se koristiti kao bistabilni element za kompresiju impulsa u nanosekundnom opsegu trajanja.

Prisustvo fulerena u elektronskoj strukturi pi-elektronski sistemi, kao što je poznato, dovodi do velike vrijednosti nelinearne susceptibilnosti, što ukazuje na mogućnost stvaranja efikasnih generatora trećeg optičkog harmonika. Prisustvo nenulte komponente tenzora nelinearne osetljivosti x (3) je neophodan uslov za implementaciju procesa generisanja trećeg harmonika, ali za njegovu praktičnu upotrebu sa efikasnošću od desetina procenata, prisustvo faznog usklađivanja u medij je neophodan. Efikasna generacija

mogu se dobiti u slojevitim strukturama sa kvazisinhronizmom interakcijskih talasa. Slojevi koji sadrže fuleren moraju imati debljinu jednaku dužini koherentne interakcije, a slojevi koji ih razdvajaju sa praktično nultom kubičnom osjetljivošću moraju imati debljinu koja osigurava fazni pomak od pi između osnovne frekvencije i zračenja trećeg harmonika.

Fulereni kao novi poluvodički i nanostrukturni materijali. Fulleriti kao poluvodiči sa razmakom pojasa od oko 2 eV mogu se koristiti za stvaranje tranzistora s efektom polja, fotonaponskih uređaja, solarnih ćelija, a postoje primjeri takve upotrebe. Međutim, teško da mogu konkurirati u parametrima sa konvencionalnim uređajima s naprednom tehnologijom baziranim na Si ili GaAs. Mnogo više obećava upotreba molekula fulerena kao gotovog objekta nano veličine za stvaranje nanoelektronskih uređaja i uređaja zasnovanih na novim fizičkim principima.

Molekul fulerena, na primjer, može se postaviti na površinu supstrata na određeni način pomoću skenirajućeg tunelskog mikroskopa (STM) ili mikroskopa atomske sile (AFM), a to se može koristiti kao način za snimanje informacija. Za čitanje informacija, površinsko skeniranje se koristi istom sondom. U ovom slučaju, 1 bit informacije predstavlja prisustvo ili odsustvo molekula prečnika 0,7 nm, što omogućava postizanje rekordne gustine snimanja informacija. Takvi eksperimenti se izvode u Bellu. Endoedralni kompleksi rijetkih zemnih elemenata, kao što su terbij, gadolinij i disprozijum, koji imaju velike magnetne momente, također su zanimljivi za obećavajuće memorijske uređaje. Fuleren koji sadrži takav atom mora imati svojstva magnetnog dipola, čija se orijentacija može kontrolirati vanjskim magnetskim poljem. Ovi kompleksi (u obliku submonoslojnog filma) mogu poslužiti kao osnova za magnetni medij za skladištenje sa gustinom snimanja do 10^12 bita/cm^2 (za poređenje, optički diskovi omogućavaju postizanje površinske gustine snimanja od 10 ^8 bita/cm^2).

Slika 12 . Šematski dijagram jednomolekulskog tranzistora na bazi C60 molekula

Razvijeni su fizički principi za stvaranje analoga tranzistora na jednoj molekuli fulerena, koji može poslužiti kao pojačalo u nanoamperskom opsegu ( pirinač. 12). Nanokontakti u dvije tačke nalaze se na udaljenosti od oko 1-5 nm na jednoj strani molekule C60. Jedna od elektroda je izvor, druga ima ulogu odvoda. Treća elektroda (mreža) je mali piezoelektrični kristal i doveden je na van der Waalsovu udaljenost na drugoj strani molekula. Ulazni signal se dovodi do piezoelektričnog elementa (vrha), koji deformira molekulu smještenu između elektroda - izvora i drena, i modulira provodljivost unutarmolekulskog prijelaza. Transparentnost molekularnog kanala strujnog toka zavisi od stepena zamućenja valnih funkcija metala u području molekula fulerena. Jednostavan model za ovaj tranzistorski efekat je tunelska barijera čija se visina modulira nezavisno od njene širine, odnosno molekul C60 se koristi kao prirodna tunelska barijera. Navodne prednosti ovakvog elementa su male veličine i vrlo kratko vrijeme leta elektrona u tunelskom modu u odnosu na balističko kućište, a samim tim i veće performanse aktivnog elementa. Razmatra se mogućnost integracije, odnosno stvaranja više od jednog aktivnog elementa po molekulu C60.

Ugljične nanočestice i nanocijevi

Nakon otkrića fulerena C60 i C70, prilikom proučavanja proizvoda dobivenih sagorijevanjem grafita u električnom luku ili snažnom laserskom zraku, otkrivene su čestice koje se sastoje od atoma ugljika, pravilnog oblika i veličine od desetina do stotina nanometara i stoga dobio ime pored fulerena takođe nanočestice .

Postavlja se pitanje: zašto je trebalo toliko vremena da se otkriju fulerini dobiveni iz tako uobičajenog materijala kao što je grafit? Dva su glavna razloga: prvo, kovalentna veza atoma ugljika je vrlo jaka: da bi se prekinula, potrebne su temperature iznad 4000 °C; drugo, njihova detekcija zahtijeva vrlo složenu opremu - transmisione elektronske mikroskope visoke rezolucije. Kao što je sada poznato, nanočestice mogu imati najbizarnije oblike. Različite formacije ugljika bile su predstavljene u poznatim oblicima. S praktične tačke gledišta, nanocijevi su od najvećeg interesa za nanoelektroniku, koja sada zamjenjuje mikroelektroniku. Ove formacije ugljenika je 1991. godine otkrio japanski naučnik S. Ijima. Nanocijevi su konačne ravni grafita umotane u cilindar i mogu imati otvorene ili zatvorene krajeve. Ove formacije su zanimljive i sa čisto naučnog stanovišta, kao model jednodimenzionalnih struktura. Zaista, sada su otkrivene jednozidne nanocijevi prečnika 9 A (0,9 nm). Na bočnoj površini atomi ugljika, kao u grafitnoj ravnini, nalaze se u heksagonalnim čvorovima, ali u čašama koje na krajevima prekrivaju cilindre mogu postojati peterokuti i trokuti. Najčešće se nanocijevi formiraju u obliku koaksijalnih cilindara.

Glavna poteškoća u proučavanju svojstava formacija nanocijevi je to što se trenutno ne mogu dobiti u makroskopskim količinama tako da su aksijalne ose cijevi kousmjerene. Kao što je već napomenuto, nanocevi malog prečnika služe kao odličan model za proučavanje karakteristika jednodimenzionalnih struktura. Može se očekivati ​​da nanocijevi, poput grafita, dobro provode električnu energiju i da su možda supravodnici. Istraživanja u ovim pravcima su stvar bliske budućnosti.

Na osnovu materijala sa www.fullwater.com.ua

"FULEREN - MATRICA ŽIVOTA..."

Dakle, za razliku od dobro poznatih oblika ugljika - dijamanta i grafita, fuleren jeste molekula, koji se sastoji od atoma ugljika. Najvažniji predstavnik C60 porodice fulerena, sastoji se od 60 atoma ugljika. Zaista, ne možemo reći „molekul dijamanta ili grafita“, to su samo kristalni oblici sa određenim prostornim rasporedom atoma ugljika u rešetki. Fuleren je jedini molekularni oblik ugljika.

Priroda je ujedinila mnoge kontradiktorne koncepte u jednom objektu.

Fuleren je povezujuća karika između organske i neorganske materije. Ovo je molekul, čestica i klaster. Promjer molekule C60 je 1 nm, što odgovara granici disperzije koja leži između "pravog" molekularnog i koloidnog stanja tvari.

Ako pogledamo unutar fulerena, naći ćemo samo prazninu prožetu elektromagnetnim poljima. Drugim rečima, videćemo neku vrstu šupljeg prostora, prečnika oko 0,4 nm, koji sadrži „ ništa" - vakuum, zatvoren u karbonskom omotaču, kao u svojevrsnom kontejneru. Štaviše, zidovi ovog kontejnera ne dozvoljavaju česticama materijala (joni, atomi, molekuli) da prodru u njega. Ali sam šuplji prostor, kao da je dio kosmosa, prije je nešto nego ništa nije sposobno da učestvuje u suptilnim, informacionim interakcijama sa spoljašnjim materijalnim okruženjem. Molekul fulerena može se nazvati „mjehurom vakuuma“, za koji nije prikladna dobro poznata teza da se priroda mrzi vakuuma. Vakum i materija– dva temelja univerzuma su harmonično spojena u jednom molekulu.

Još jedno izvanredno svojstvo fulerena je njegova interakcija sa vodom. Poznato je da je kristalni oblik nerastvorljiv u vodi. Mnogi pokušaji da se dobiju vodeni rastvori fulerena dovode do formiranja koloidnih ili grubo dispergovanih sistema fuleren-voda, u kojima čestice sadrže veliki broj molekula u kristalnom obliku. Priprema vodenih molekularnih otopina izgleda nemoguća. A postojanje takvog rješenja je vrlo važno, prije svega za njihovu primjenu u biologiji i medicini. Od otkrića fulerena, predviđa se njegova visoka biološka aktivnost. Međutim, općeprihvaćeno mišljenje o hidrofobnosti fulerena usmjerilo je napore mnogih naučnika na stvaranje vodotopivih derivata ili solubiliziranih oblika. U ovom slučaju, različiti hidrofilni radikali su vezani za molekulu fulerena ili okruženi polimerima i surfaktantima topivim u vodi, zahvaljujući kojima su molekuli fulerena "prisiljeni" da ostanu u vodenom okruženju. Mnoga istraživanja su pokazala svoj maksimum biološka aktivnost. Međutim, bilo kakve promjene u vanjskoj karbonskoj ljusci dovode do kršenja elektronske strukture i simetrije molekula fulerena, što zauzvrat mijenja specifičnost njegove interakcije s okolinom. Stoga biološki učinak umjetno transformiranih molekula fulerena uvelike ovisi o prirodi vezanih radikala i sadržanim solubilizatorima i nečistoćama. Molekuli fulerena pokazuju najupečatljiviju individualnost u svom nemodificiranom obliku i, posebno, u svojim molekularnim otopinama u vodi.

Nastali vodeni rastvori fulerena su stabilni tokom vremena (više od 2 godine), imaju nepromenjena fizičko-hemijska svojstva i konstantan sastav. Ove otopine ne sadrže nikakve toksične nečistoće. U idealnom slučaju, to je samo voda i fuleren. Štaviše, fuleren je ugrađen u prirodnu višeslojnu strukturu vode, gdje je prvi sloj vode čvrsto povezan s površinom fulerena zahvaljujući donorsko-akceptorskim interakcijama između kisika vode i akceptorskih centara na površini fulerena. .

Kompleks tako velikog molekula sa vodom takođe ima značajan puferski kapacitet. U blizini njegove površine održava se pH vrijednost od 7,2-7,6, a ista pH vrijednost nalazi se u blizini površine membrana glavnog dijela zdravih ćelija u tijelu. Mnogi procesi "bolesti" ćelije su praćeni promenama pH vrednosti blizu površine njene membrane. U isto vrijeme, bolesna ćelija ne samo da stvara neugodne uvjete za sebe, već i negativno utječe na svoje susjede. Hidrirani fuleren, koji se nalazi blizu površine ćelije, u stanju je da održi svoju zdravu pH vrednost. Tako se stvaraju povoljni uslovi da se ćelija nosi sa svojom bolešću.

A najzanimljivije svojstvo hidratiziranog fulerena je njegovo sposobnost neutralizacije aktivnih radikala. Antioksidativna aktivnost fulerena je 100-1000 puta veća od djelovanja poznatih antioksidansa (na primjer, vitamina E, dibunola, b-karotena). Štaviše, hidratizirani fuleren ne potiskuje prirodni nivo slobodnih radikala u tijelu i postaje aktivan samo pod uvjetima povećanja njihove koncentracije. I što se više slobodnih radikala stvara u tijelu, to ih hidratizirani fuleren aktivnije neutralizira. Mehanizam antioksidativnog djelovanja fulerena bitno se razlikuje od djelovanja poznatih antioksidansa koji se koriste u praksi. Dakle, za neutralizaciju jednog radikala potrebna je jedna molekula tradicionalnog antioksidansa. A jedna hidratizirana molekula fulerena može neutralizirati neograničen broj aktivnih radikala. To je svojevrsni antioksidativni katalizator. Štoviše, sama molekula fulerena ne sudjeluje u reakciji, već je samo strukturni element klastera vode. ...

Početkom prošlog veka, akademik Vernadski je primetio da se živa materija odlikuje visokom simetrijom. Za razliku od neorganskog svijeta, mnogi organizmi imaju os simetrije petog reda. Fulleren C60 ima 6 osi petog reda; to je jedini molekul u prirodi sa tako jedinstvenom simetrijom. Čak i prije otkrića fulerena, znalo se da su molekularne strukture nekih proteina oblikovane kao fuleren; neki virusi i druge vitalne biološke strukture (na primjer) imaju slične strukture. Zanimljiva korespondencija između molekula fulerena i njegovog minimalnog klastera sekundarne strukture DNK. Dakle, veličina molekule C60 odgovara udaljenosti između tri para komplementarnih baza u DNK, tzv. kodon koji specificira informaciju za formiranje jedne aminokiseline sintetiziranog proteina. Udaljenost između zavoja DNK heliksa je 3,4 nm; prvi sferni klaster C60, koji se sastoji od 13 molekula fulerena, ima istu veličinu.

Poznato je da ugljik, a posebno grafit i amorfni ugljik, imaju sposobnost da na svojoj površini adsorbuju najjednostavnije molekule, uključujući i one koji bi mogli biti materijal za formiranje složenijih biološki važnih molekula u procesu formiranja temelja života. stvar. Fuleren je, zbog svojih akceptorskih svojstava, u stanju da selektivno interaguje sa drugim molekulima, iu vodenom okruženju, prenese ta svojstva na uređene slojeve vode na znatnoj udaljenosti od svoje površine.

Postoje mnoge teorije o nastanku života iz neorganske materije i njihovi glavni uslovi su faktori kao što su

1. Koncentracija jednostavnih molekula (CO, NO, NH3, HCN, H2O, itd.) u blizini aktivnih centara u kojima se odvijaju reakcije uz učešće vanjskih izvora energije.
2. Komplikacija formiranih organskih molekula do polimera i primarno uređenih struktura.
3. Formiranje struktura visokog reda.
4. Formiranje samoreproducirajućih sistema.

Eksperimentalno, pri stvaranju uslova koji su postojali na Zemlji u predbiološkom periodu, dokazana je mogućnost posmatranja prvog faktora. Stvaranje vitalnih i nevažnih aminokiselina i nekih nukleinskih baza u ovim uslovima je sasvim moguće. Međutim, vjerovatnoća ispunjavanja svih uslova za nastanak života je praktički nula. To znači da mora postojati neki drugi uslov koji omogućava svrsishodnu implementaciju mehanizma sklapanja jednostavnih elemenata, složenosti i uređenja nastalih organskih jedinjenja do nivoa pojave žive materije. A ovaj uslov je, po našem mišljenju, prisustvo matrice. Ova matrica mora imati konstantan sastav, imati visoku simetriju, interagirati (ali ne snažno) s vodom, stvarati oko sebe simetrično okruženje drugih molekula na znatnoj udaljenosti, sposobne koncentrirati aktivne radikale blizu svoje površine i olakšati njihovu neutralizaciju s formiranjem složenih organskih molekula, u isto vrijeme, štite neutralne forme od napada aktivnih radikala, formiraju slične strukture i slične strukture vodenog okoliša. I što je najvažnije, matrica života ugljenika mora biti ugljenik. A sve ove zahtjeve zadovoljava fuleren u svom hidratiziranom stanju. I, najvjerovatnije, glavni i najstabilniji predstavnik C60 porodice fulerena. Sasvim je moguće da nastanak života nije primarni čin, već da se taj proces odvija kontinuirano i na neki način utiče na razvoj života, ispitivanje postojećeg života i formiranje njegovih novih oblika.

Fulereni postoje u prirodi gdje god ima ugljika i visoke energije. Oni postoje u blizini ugljeničnih zvijezda, u međuzvjezdanom prostoru, u udarima groma ili blizu kratera vulkana, čak i kada se gas sagorijeva u kućnoj plinskoj peći. Fulereni se takođe nalaze na mestima gde se akumuliraju ugljenične stene. Posebno mjesto ovdje pripada karelijskim šungitnim stijenama. Ove stene, koje sadrže do 90% čistog ugljenika, stare su oko 2 milijarde godina. Priroda njihovog porijekla još uvijek nije jasna. Jedna od pretpostavki je pad velikog ugljičnog meteorita. IN šungit prvi put su otkriveni prirodni fulerini. Također smo uspjeli izdvojiti i identificirati fuleren C60 u šungitu.

Još od vremena Petra I, u Kareliji postoji ljekoviti izvor “ Marcijalne vode" Dugi niz godina niko nije mogao definitivno objasniti razloge ljekovitosti ovog izvora. Pretpostavljalo se da je povećan sadržaj gvožđa uzrok zdravstvenog efekta. Međutim, na zemlji postoji mnogo izvora koji sadrže željezo, ali, po pravilu, nema ljekovitog učinka. Tek nakon otkrića fulerena u šungitnim stijenama kroz koje teče izvor, pojavila se pretpostavka da su fulereni kvintesencija terapeutskog djelovanja voda Marcijala. Međutim, ljekovita svojstva ove vode, poput otopljene vode, ne traju dugo. Ne može se flaširati i koristiti po potrebi. Već sljedećeg dana gubi svojstva. Marcijalna voda, prošavši kroz stijenu koja sadrži fulerene i strukture slične fulerenima, samo je „zasićena“ strukturom koju joj stijena daje. A tokom skladištenja, ovi životvorni grozdovi se raspadaju. Fuleren ne ulazi spontano u vodu i stoga ne postoji strukturno-formirajući element koji bi mogao dugo vremena održavati uređene nakupine vode, te, posljedično, takva voda brzo poprima svojstva obične vode. Osim toga, ioni prisutni u njoj sami preuređuju izvornu strukturu vode, stvarajući vlastite hidratacijske klastere.

Nakon što smo jednom dobili molekularne koloidne otopine fulerena u vodi, pokušali smo u laboratoriju reproducirati suštinu Martial voda. Ali da bi to učinili, uzeli su visoko pročišćenu vodu i dodali vodenu otopinu fulerena u homeopatskoj dozi. Nakon toga su počeli provoditi biološka ispitivanja na različitim modelima. Rezultati su bili neverovatni. U gotovo svakom modelu patologije nalazimo pozitivan biološki učinak. Eksperimenti traju više od 10 godina. Uz dobro proveden eksperiment, bilo kakve patološke promjene u živom organizmu gotovo uvijek pokušavaju da se vrate u normalu. Ali ovo nije ciljani lijek ili strano kemijsko jedinjenje, već jednostavno kuglica ugljika otopljenog u vodi. Štaviše, stiče se utisak da hidratisani fuleren ima tendenciju da dovede do " normalno stanje„sve promjene u tijelu, do onih struktura koje je ono rodilo kao matricu u procesu nastanka života.

Fullereni u najopćenitijem smislu ovog koncepta možemo nazvati eksperimentalno dobijene i hipotetske molekule koje se sastoje isključivo od atoma ugljika i imaju oblik konveksnih poliedara. Atomi ugljika nalaze se na njihovim vrhovima, a C-C veze se protežu duž ivica.

Fuleren je molekularni oblik ugljika. Uobičajena definicija je to fulereni, koji su u čvrstom stanju, obično se nazivaju fuleriti. Kristalna struktura fulerita je periodična rešetka molekula fulerena, au kristalnom fuleritu molekuli fulerena formiraju fcc rešetku.

Od ranih devedesetih, fuleren je bio od interesa za astronomiju, fiziku, biologiju, hemiju, geologiju i druge nauke. Fuleren je zaslužan za fantastična medicinska svojstva: na primjer, fuleren se navodno već počeo koristiti u kozmetici kao sredstvo protiv starenja u kozmetologiji. Uz pomoć fulerena će se boriti protiv raka, HIV-a i drugih opasnih bolesti. Istovremeno, novost ovih podataka, njihovo nepoznavanje i specifičnosti savremenog informacionog prostora još uvijek ne dopuštaju stopostotno povjerenje u takve informacije o fulerenu.

ICM (www.site)

Široko pojednostavljeno gledište je da su prije otkrića fulerena postojale dvije polimorfne modifikacije ugljika - grafit i dijamant, a nakon 1990. godine im je dodan još jedan alotropni oblik ugljika. Zapravo, to nije tako, jer su oblici postojanja ugljika iznenađujuće raznoliki (vidi članak).

Istorija otkrića fulerena

Tim autora predvođen L.N. Sidorov je u svojoj monografiji „Fulereni” sažeo veliki broj radova na ovu temu, ali ne svih: do trenutka kada je knjiga objavljena, ukupan broj publikacija posvećenih fulerenima dostigao je oko 15 hiljada. Prema autorima, otkriće fulerena- novi oblik postojanja ugljenika - jednog od najčešćih elemenata na našoj planeti - prepoznat je kao jedno od najvažnijih otkrića u nauci 20. veka. Unatoč dugo poznatoj jedinstvenoj sposobnosti atoma ugljika da se vežu u složene razgranate i voluminozne molekularne strukture, što čini osnovu cijele organske kemije, mogućnost formiranja stabilnih okvirnih molekula od samo jednog ugljika ipak se pokazala neočekivanom. Prema podacima, eksperimentalna potvrda da molekuli ovog tipa od 60 i više atoma mogu nastati u prirodnim procesima u prirodi dobijena je 1985. godine, ali se mnogo prije toga već pretpostavljala stabilnost molekula sa zatvorenom ugljičnom sferom.

Detekcija fulerena direktno je vezan za proučavanje procesa sublimacije i kondenzacije ugljika.

Nova faza u proučavanje fulerena došlo je 1990. godine, kada je razvijena metoda za dobijanje novih jedinjenja u gramskim količinama i opisana metoda za izolovanje fulerena u njihovom čistom obliku. Nakon toga su utvrđene najvažnije strukturne i fizičko-hemijske karakteristike fulerena C60. C60 izomer (buckminsterfuleren) je spoj koji se najlakše formira među poznatim fulerenima. Fuleren C60 dobio je ime u čast futurističkog arhitekte Richarda Buckminstera Fullera, koji je stvorio strukture čiji se kupolasti okvir sastojao od peterokuta i šesterokuta. Istovremeno, tokom istraživačkog procesa pojavila se potreba za opštim nazivom fulereni za volumetrijske strukture sa zatvorenom površinom (karbonski okvir), zbog njihove raznolikosti.

Također je vrijedno napomenuti da je čitava linija karbonskih materijala nazvana po Buckminster Fulleru: c60 fuleren (buckminster fulleren) se također naziva i buckyball (Buckminster Fuller nije volio ime "Buckminster" i preferirao je skraćeno ime "Bucky"). Osim toga, s istim prefiksom ponekad se nazivaju: ugljične nanocijevi - buckytubes, fulereni u obliku jaja - buckyegg (buckyball jaje) itd.

ICM (www.site)

Svojstva fulerena. Fullerit

Svojstva fulerena nisu dovoljno proučeni iz objektivnih razloga: relativno mali broj laboratorija ima mogućnost da proučava ova svojstva. Ali u periodičnoj i naučno-popularnoj štampi toliko se pažnje posvećuje fulerenima i njihovim svojstvima... Često se neprovjerene informacije o čudesnim svojstvima fulerena šire zadivljujućom brzinom i ogromnim razmjerom, kao rezultat toga, slab glas pobijanja ostaju nečuvena. Na primjer, izjava jedne grupe naučnika da su fulerini prisutni u šungitu testirana je više puta, ali nije potvrđena (vidi raspravu o). Ipak, šungit se danas smatra "prirodnim nanotehnološkim materijalom koji sadrži fuleren" - izjava koja, po mom mišljenju, do sada više liči na marketinški trik.

Neki istraživači navode tako alarmantno svojstvo fulerena kao što je toksičnost.

Po pravilu, kada se govori o svojstva fulerena Oni znače njihov kristalni oblik - fulerite.

Značajna razlika kristali fulerena od molekularnih kristala mnogih drugih organskih supstanci tako da se ne mogu uočiti tečna faza. Možda je to zbog činjenice da je temperatura 1200 K prelazak u tečno stanje, koji se pripisuje fuleritu C 60, već premašuje svoju vrijednost pri kojoj dolazi do primjetnog razaranja ugljičnog okvira samih molekula fulerena.

Prema podacima, do svojstva fulerena odnosi se na anomalno visoku stabilnost, o čemu svjedoče rezultati istraživanja procesa koji uključuju fulerene. Autor to posebno napominje kristalni fuleren postoji kao stabilna tvar do temperatura od 1000 – 1200 K, što se objašnjava njegovom kinetičkom stabilnošću. Istina, to se tiče stabilnosti molekula fulerena C60 u inertnoj atmosferi argona, a u prisustvu kisika, značajna oksidacija se uočava već na 500 K uz stvaranje CO i CO 2.

Rad je posvećen opsežnom proučavanju elektrofizičkih i termodinamičkih svojstava fulerita C60 i C70 u uslovima ekstremnog udarnog opterećenja.

U svakom slučaju, kada se govori o svojstvima fulerena, potrebno je precizirati na koje jedinjenje se misli - C20, C60, C70 ili neko drugo; prirodno će svojstva ovih fulerena biti potpuno drugačija.

Trenutno fulereni C60, C70 i proizvode koji sadrže fuleren proizvode i nude na prodaju različita strana i domaća preduzeća, stoga kupiti fulerene i zauzeti se proučavanje svojstava fulerena teoretski to može svako. Fullereni C60 i C70 se nude po cenama od 15 do 210 dolara po gramu, pa i više, u zavisnosti od vrste, stepena čistoće, količine i drugih faktora. Proizvodnja i prodaja fulerena »

Fulereni u livenom gvožđu i čeliku

Pod pretpostavkom postojanja fulereni i fulerenske strukture u legurama gvožđa i ugljenika, onda bi trebalo da značajno utiču na fizička i mehanička svojstva čelika i livenog gvožđa, učestvujući u strukturnim i faznim transformacijama.

ICM (www.site)

Mehanizmi kristalizacije legura gvožđa i ugljenika dugo su privlačili veliku pažnju istraživača ovih procesa. U članku se razmatraju mogući mehanizmi stvaranja sferoidnog grafita u lijevanom željezu visoke čvrstoće i karakteristike njegove strukture uzimajući u obzir fulerenska priroda legura gvožđa i ugljenika. Autor piše da je „otkrićem fulerena i struktura na bazi fulerena, brojni radovi pokušali da objasne mehanizam nastanka sfernog grafita na osnovu ovih struktura“.

Rad istražuje napredak u oblasti hemije fulerena i sažima „nove ideje o strukturi taline gvožđa i ugljenika“. Autor navodi da je molekularni oblik ugljika C60 fulereni- identifikovan od njega u legurama gvožđa i ugljenika topljenim klasičnim metalurškim metodama, a takođe otkriva tri moguća mehanizma za pojavu fulereni u strukturi čelika i livenog gvožđa:

prelazak fulerena u talog iz punjenja koje sadrži fuleren tokom metalurških procesa za proizvodnju legura;

stvaranje fulerena tokom primarne kristalizacije;

kao rezultat strukturnih i faznih transformacija koje nastaju pod toplinskim utjecajima.

Svojevremeno, prije 5 godina, izabrali smo fuleren i šestougao kao logo web stranice www.site, kao simbol najnovijih dostignuća u oblasti istraživanja talina željezo-ugljik, kao simbol novih razvoja i otkrića vezanih za modifikaciju Fe-C taline - integralna faza moderne livnice i male metalurgije.

Lit.:

1. Sidorov L.N., Yurovskaya M.A. i dr. Fullereni: Udžbenik. M.: Izdavačka kuća "Ispit", 2005. - 688 str. (Serija "Udžbenik za univerzitete") UDK 544(075.8) BBK 24.2â73 ISBN 5-472-00294-H [ Sažetak ]
2. Levitsky M.M., Lemenovsky D.A. Fulleren // Curious facts from the history of chemistry [Elektronski izvor], 2005-2012. - Način pristupa: http://www.xenoid.ruu, besplatan. - Kapa. sa ekrana.
3. Davidov S.V. Kristalizacija sferoidnog grafita u talini lijevanog željeza visoke čvrstoće // M.: Nabavna proizvodnja u mašinstvu, 2008, br. 3. - Sa. 3-8.
4. Dunaev A., Shaporev A., pod nadzorom Avdeeva A.A. Bogata porodica ugljeničnih materijala // Nanotehnološka zajednica Nanometer [Elektronski izvor], 2008. - Način pristupa: http://www.nanometer.ru, besplatno. - Kapa. sa ekrana.
5. Zakirnichnaya M.M. Formiranje fulerena u ugljeničnim čelicima i livenim gvožđem tokom kristalizacije i termičkih efekata: Dis... doc. one. nauke; 02/05/01. - Ufa: USNTU. - 2001.
6. Eletsky A.V., Smirnov V.M. Fullereni // UFN, 1993. - br. 2. - P.33-58.
7. Avdonin V.V. Elektrofizička i termodinamička svojstva fulerita C60 i C70 pri visokim pritiscima udarne kompresije: Autorski sažetak. dis... cand. one. nauke; 04/01/17. - Chernogolovka: Institut za probleme hemijske fizike RAS. - 2008.
8. Zolotukhin I.V. Fulerit - novi oblik ugljika // Kemija. - 1996.
9. Paliy N.A. Fuleren. Srebrna godišnjica // Nanotehnološka zajednica Nanometer [Elektronski izvor], 2010. - Način pristupa: http://www.nanometer.ru, besplatno. - Kapa. sa ekrana.
10. Godovsky D.A. Formiranje fulerena pri kristalizaciji livenog gvožđa: Sažetak teze. dis... cand. one. nauke; 02/05/01. - UFA. - 2000.
11. A. Isaković. Izraziti citotoksični mehanizmi prištinskog naspram hidroksiliranog fulerena / A. Isacović, Z. Marković, B. Todorović, N. Nikolić, S. Vranješ-Đurić, M. Mirković, M. Dramičanin, L. Harhaji, N. Raičević, Z. Nikolić , V. Trajković // Toksikološke nauke 91(1), 173–183 (2006)
12. Borshchevsky A.Ya. Fullereni / Borshchevsky A.Ya., Ioffe I.N., Sidorov L.N., Troyanov S.I., Yurovskaya M.A. // Nanotehnološka zajednica Nanometer [Elektronski izvor], 2007. - Način pristupa: http://www.nanometer.ru, besplatno. - Kapa. sa ekrana.

Fuleren je molekularni spoj koji pripada klasi alotropnih oblika ugljika i predstavlja konveksan zatvoreni poliedar sastavljen od parnog broja trokoordiniranih atoma ugljika. Jedinstvena struktura fulerena određuje njihova jedinstvena fizička i hemijska svojstva.

Ostali oblici ugljenika: grafen, karbin, dijamant, fuleren, ugljenične nanocevi, „brkovi“.

Opis i struktura fulerena:

Fulleren, buckyball ili buckyball je molekularno jedinjenje koje pripada klasi alotropnih oblika ugljenik i predstavlja konveksne zatvorene poliedre, sastavljene od parnog broja trokoordiniranih atoma ugljika.

Fulereni su dobili ime po inženjeru i arhitekti Richardu Buckminsteru Fulleru, koji je razvio i izgradio prostornu strukturu "geodetske kupole", koja je hemisfera sastavljena od tetraedra. Ovaj dizajn je donio Fulleru međunarodno priznanje i slavu. Danas se na osnovu njegovog razvoja razvijaju i grade kuće s kupolom. Fuleren svojom strukturom i oblikom podsjeća na naznačene dizajne Richarda Buckminstera Fullera.

Jedinstvena struktura fulerena određuje njihova jedinstvena fizička i hemijska svojstva. U kombinaciji s drugim supstancama omogućavaju dobivanje materijala s fundamentalno novim svojstvima.

U molekulima fulerena, atomima ugljenik koji se nalaze na vrhovima šesterokuta i peterokuta koji čine površinu sfere ili elipsoida. Najsimetričniji i najpotpunije proučavan predstavnik porodice fulerena je fuleren (C 60), u kojem atomi ugljika formiraju skraćeni ikosaedar koji se sastoji od 20 hexagons i 12 peterokuta i nalik na fudbalsku loptu (poput idealnog oblika, izuzetno rijedak u prirodi).

Sljedeći najčešći je C 70 fuleren, koji se razlikuje od C 60 fulerena umetanjem pojasa od 10 atoma. ugljenik u ekvatorijalnu oblast C 60, usled čega je molekul fulerena C 60 izdužen i po obliku podseća na ragbi loptu.

Takozvani viši fulereni, koji sadrže veći broj atoma ugljika (do 400 ili više), nastaju u mnogo manjim količinama i često imaju prilično složen izomerni sastav. Među najviše proučavane više fulerene možemo izdvojiti C n, Gdje n= 74, 76, 78, 80, 82 i 84.

Veza između vrhova, ivica i lica fulerena može se izraziti matematičkom formulom prema Eulerovoj teoremi za poliedre:

B - P + G = 2,

gdje je B broj vrhova konveksnog poliedra, P je broj njegovih ivica i G je broj lica.

Neophodan uslov za postojanje konveksnog poliedra prema Ojlerovoj teoremi (i, shodno tome, postojanje fulerena sa određenom strukturom i oblikom) je prisustvo tačno 12 pentagonalnih lica i B /2 — 10 lica.

Mogućnost postojanja fulerena predvidjeli su japanski naučnici 1971. godine, a teorijsko opravdanje dali su sovjetski naučnici 1973. godine. Fuleren je prvi put sintetizovan 1985. godine u SAD.

Gotovo sav fuleren se dobiva umjetno. U prirodi se nalazi u vrlo malim količinama. Nastaje sagorevanjem prirodnog gasa i pražnjenjem groma, a u vrlo malim količinama se nalazi i u šungitima, fulguritima, meteoritima i pridnenim sedimentima, čija starost dostiže 65 miliona godina.

Jedinjenja fulerena:

Fuleren se lako kombinuje sa drugim hemijskim elementima. Trenutno je već sintetizirano više od 3 hiljade novih i derivatnih spojeva na bazi fulerena.

Ako sastav molekule fulerena, osim atoma ugljika, uključuje atome drugih kemijskih elemenata, onda ako se atomi drugih kemijskih elemenata nalaze unutar ugljičnog okvira, takvi se fulereni nazivaju endoedarski, ako su izvan - egzoedrski.

Prednosti i svojstva fulerena:

– materijali koji koriste fulerene imaju povećanu čvrstoću, otpornost na habanje, termičku i hemijsku stabilnost i smanjenu abraziju,

– mehanička svojstva fulerena omogućavaju im da se koriste kao visoko efikasna čvrsta maziva protiv trenja. Na površinama protutijela formiraju zaštitni fuleren-polimerni film debljine desetine i stotine nanometara, koji štiti od termičkog i oksidativnog razaranja, povećava vijek trajanja frikcionih jedinica u hitnim situacijama za 3-8 puta, povećava termičku stabilnost maziva. do 400-500 °C i nosivost frikcionih jedinica za 2-3 puta, proširuje opseg radnog pritiska frikcionih jedinica za 1,5-2 puta, smanjuje vreme uhodavanja kontra tela,

– fulereni su sposobni za polimerizaciju i stvaranje tankih filmova,

– naglo smanjenje prozirnosti otopine fulerena kada intenzitet optičkog zračenja prijeđe određenu kritičnu vrijednost zbog nelinearnih optičkih svojstava,

– mogućnost upotrebe fulerena kao osnove za nelinearne optičke kapije koje se koriste za zaštitu optičkih uređaja od intenzivnog optičkog zračenja,

– fulereni imaju sposobnost da ispoljavaju svojstva antioksidansa ili oksidansa. As antioksidansi nadmašuju učinak svih poznatih antioksidanata za 100 - 1000 puta. Eksperimenti su rađeni na pacovima koji su hranjeni fulerenima u maslinovom ulju. U isto vrijeme, štakori su živjeli dvostruko duže nego inače, i, osim toga, pokazali su povećanu otpornost na djelovanje toksičnih faktora,

– je poluvodič sa zazorom od ~1,5 eV i njegova svojstva su na mnogo načina slična onima drugih poluprovodnika,

– C60 fulereni, djelujući kao ligand, stupaju u interakciju sa alkalijama i nekim drugim metalima. U tom slučaju nastaju kompleksna jedinjenja sastava Me 3 C60, koja imaju svojstva supraprovodnika.

Svojstva molekula fulerena*:

* u odnosu na C60 fuleren.

Priprema fulerena:

Glavne metode za dobijanje fulerena su:

— sagorijevanje grafitnih elektroda u električnom luku u atmosferi helija pri niskim pritiscima,

– lijekovi i farmaceutski proizvodi,

– geomodifikatori trenja,

- kozmetika,

– kao aditiv za dobijanje sintetički dijamanti metoda visokog pritiska. Prinos dijamanata se povećava za 30%

Automatski sistem za mašinsku mužu krava "Style...

Kvantni kompjuter

Električni autobus sa dinamičkim punjenjem...

Robustan laptop baziran na Elbrus-1C+ procesoru...

Fleksibilan kamen

Molekularni oblik ugljika ili njegova alotropska modifikacija, fuleren, je duga serija atomskih klastera C n (n > 20), koji su konveksni zatvoreni poliedri, izgrađeni od atoma ugljika i imaju pentagonalne ili heksagonalne površine (ovdje postoje vrlo rijetki izuzeci ). Atomi ugljenika u nesupstituisanim fulerenima imaju tendenciju da budu u sp 2 hibridnom stanju sa koordinacionim brojem 3. Na taj način se formira sferni konjugovani nezasićeni sistem prema teoriji valentnih veza.

opći opis

Termodinamički najstabilniji oblik ugljika u normalnim uslovima je grafit, koji izgleda kao gomila grafenskih listova jedva međusobno povezanih: ravne rešetke koje se sastoje od heksagonalnih ćelija sa atomima ugljenika na vrhu. Svaki od njih je vezan za tri susjedna atoma, a četvrti valentni elektron formira pi sistem. To znači da je fuleren upravo takav molekularni oblik, odnosno slika sp 2 hibridnog stanja je očigledna. Ako se geometrijski defekti unesu u grafenski list, neizbježno će se formirati zatvorena struktura. Na primjer, takvi defekti su petočlani ciklusi (pentagonalna lica), koji su jednako česti zajedno sa heksagonalnim u hemiji ugljika.

Priroda i tehnologija

Dobivanje fulerena u njihovom čistom obliku moguće je umjetnom sintezom. Ova jedinjenja se i dalje intenzivno proučavaju u različitim zemljama, utvrđujući uslove pod kojima nastaje njihovo formiranje, a razmatraju se i struktura fulerena i njihova svojstva. Opseg njihove primjene se sve više širi. Pokazalo se da je značajna količina fulerena sadržana u čađi koja se formira na grafitnim elektrodama u lučnom pražnjenju. Ovu činjenicu niko ranije nije video.

Kada su fulereni dobijeni u laboratoriji, molekule ugljika su se počele nalaziti u prirodi. U Kareliji su pronađeni u uzorcima šungita, u Indiji i SAD-u - u furulgitima. Molekuli ugljika također su obilni i česti u meteoritima i sedimentima na dnu, koji su stari najmanje šezdeset pet miliona godina. Na Zemlji se čisti fulerini mogu formirati tokom pražnjenja groma i tokom sagorevanja prirodnog gasa. preuzete u Sredozemnom moru proučavane su 2011. godine, a pokazalo se da je fuleren prisutan u svim uzetim uzorcima - od Istanbula do Barselone. Fizička svojstva ove supstance uzrokuju spontano nastajanje. Takođe, otkrivene su ogromne količine toga u svemiru – kako u gasovitom tako iu čvrstom obliku.

Sinteza

Prvi eksperimenti u izolaciji fulerena desili su se kroz kondenzovane pare grafita, koje su dobijene laserskim zračenjem čvrstih uzoraka grafita. Bilo je moguće dobiti samo tragove fulerena. Tek 1990. hemičari Huffman, Lamb i Kretschmer razvili su novu metodu za ekstrakciju fulerena u gramskim količinama. Sastojao se od spaljivanja grafitnih elektroda električnim lukom u atmosferi helijuma i pod niskim pritiskom. Anoda je erodirana, a na zidovima komore pojavila se čađa koja sadrži fulerene.

Zatim je čađ otopljena u toluenu ili benzenu, a grami čistih molekula C70 i C60 su oslobođeni u rezultirajućem rastvoru. Odnos - 1:3. Osim toga, otopina je sadržavala dva posto teških fulerena višeg reda. Sada je preostalo samo odabrati optimalne parametre za isparavanje – sastav atmosfere, pritisak, prečnik elektrode, struju i tako dalje, kako bi se postigao najveći prinos fulerena. Oni su činili otprilike dvanaest posto samog anodnog materijala. Zbog toga su fulereni tako skupi.

Proizvodnja

Svi pokušaji naučnih eksperimentatora u početku su bili uzaludni: produktivne i jeftine metode za proizvodnju fulerena nisu pronađene. Ni sagorevanje ugljovodonika u plamenu ni hemijska sinteza nisu doveli do uspeha. Metoda električnog luka ostala je najproduktivnija, što je omogućilo dobivanje oko jednog grama fulerena na sat. Mitsubishi je uspostavio industrijsku proizvodnju sagorevanjem ugljovodonika, ali njihovi fulerini nisu čisti – sadrže molekule kiseonika. A mehanizam nastanka same ove supstance i dalje ostaje nejasan, jer su procesi sagorevanja luka izuzetno nestabilni sa termodinamičke tačke gledišta, a to uvelike otežava razmatranje teorije. Jedine nepobitne činjenice su da fuleren skuplja pojedinačne atome ugljika, odnosno C 2 fragmente. Međutim, nije formirana jasna slika formiranja ove supstance.

Visoka cijena fulerena nije određena samo niskim prinosom tokom sagorijevanja. Izolacija, pročišćavanje, odvajanje fulerena različitih masa od čađi - svi su ti procesi prilično složeni. Ovo se posebno odnosi na odvajanje smjese na zasebne molekularne frakcije, koje se provodi tekućinskom hromatografijom na kolonama i visokim pritiskom. U posljednjoj fazi, preostali rastvarač se uklanja iz već čvrstog fulerena. Da bi se to postiglo, uzorak se drži u uslovima dinamičkog vakuuma na temperaturama do dvjesto pedeset stupnjeva. Ali plus je što je tokom razvoja fulerena C 60 i njegove proizvodnje u makro količinama, organska hemija dobila samostalnu granu - hemiju fulerena, koja je postala nevjerovatno popularna.

Benefit

Derivati ​​fulerena se koriste u različitim oblastima tehnologije. Fullerenski filmovi i kristali su poluvodiči koji pokazuju fotoprovodljivost pod optičkim zračenjem. Kristali C60, ako su dopirani atomima alkalnih metala, prelaze u stanje supravodljivosti. Rešenja fulerena imaju nelinearna optička svojstva, pa se stoga mogu koristiti kao osnova za optičke zatvarače, neophodne za zaštitu od intenzivnog zračenja. Fuleren se također koristi kao katalizator za sintezu dijamanata. Fulereni se široko koriste u biologiji i medicini. Postoje tri svojstva ovih molekula na djelu: lipofilnost, koja određuje membranotropnost, nedostatak elektrona, koji daje mogućnost interakcije sa slobodnim radikalima, kao i sposobnost prenošenja vlastitog pobuđenog stanja na običnu molekulu kisika i pretvaranje ovog kisika u singlet.

Takvi aktivni oblici supstance napadaju biomolekule: nukleinske kiseline, proteine, lipide. Reaktivne vrste kisika koriste se u fotodinamičkoj terapiji za liječenje raka. Fotosenzibilizatori se unose u krv pacijenta, stvarajući reaktivne vrste kisika - same fulerene ili njihove derivate. Protok krvi u tumoru je slabiji nego u zdravim tkivima, pa se u njemu nakupljaju fotosenzibilizatori, a nakon ciljanog zračenja molekuli se pobuđuju, stvarajući reaktivne vrste kisika. ćelije raka prolaze kroz apoptozu i tumor je uništen. Plus, fulereni imaju antioksidativna svojstva i hvataju reaktivne vrste kiseonika.

Fuleren smanjuje aktivnost HIV integraze, proteina koji je odgovoran za integraciju virusa u DNK, interakciju s njim, mijenjanje njegove konformacije i lišavanje njegove glavne štetne funkcije. Neki od derivata fulerena stupaju u direktnu interakciju s DNK i ometaju djelovanje restiktaza.

Više o medicini

Od 2007. godine fulereni rastvorljivi u vodi počeli su da se koriste kao antialergijski agensi. Provedene su studije na ljudskim ćelijama i krvi koje su bile izložene derivatima fulerena - C60(NEt)x i C60(OH)x. U eksperimentima na živim organizmima - miševima - rezultati su bili pozitivni.

Ova supstanca se već sada koristi kao vektor za isporuku lijeka, jer voda sa fulerenima (sjetite se hidrofobnosti C 60) vrlo lako prodire u ćelijsku membranu. Na primjer, eritropoetin, unesen direktno u krv, razgrađuje se u značajnim količinama, a ako se koristi zajedno sa fulerenima, koncentracija se više nego udvostručuje, te stoga ulazi u ćeliju.