Fullerene - यो के हो? गुण र fullerenes को आवेदन

कार्बन वा यसको परिमार्जन, fullerene, को आणविक allotropic फारम - लामो लाइन सी _{N (N>} 20) परमाणु समूहहरु, कार्बन अणुहरु को निर्माण convex पोलिहेड्रा Name बन्द छन् जो र एक pentagonal वा हेक्सागोनल अनुहारहरू भइरहेको (यहाँ धेरै दुर्लभ अपवाद हुन्छन्)। को unsubstituted fullerenes मा कार्बन अणुहरु त्यसैले valence बन्धन सिद्धान्त अनुसार एक गोलाकार संयुग्मी असंतृप्त सिस्टम गठन गरिएको छ 3. एक समन्वय नम्बर सपा ² -Hybrid राज्य हुन गर्छन।

सामान्य विवरण

कार्बन अणुहरु - हेक्सागोनल कक्षहरू, जहाँ माथिल्लो मिलेर एक सपाट जाली,: शायद प्रत्येक अन्य graphene पानाहरू जोडिएको एक थान जस्तो देखिन्छ जो ग्रेफाइट, - को अन्तर्गत सबै भन्दा thermodynamically स्थिर सामान्य अवस्था कार्बन को फारम। तिनीहरूलाई प्रत्येक तीन छिमेकी अणुहरु संग सम्बन्धित छ, र चौथो valence इलेक्ट्रन एक अनुकरणीय-प्रणाली खेल्छ। त्यसैले, fullerene - यो ठीक यो आणविक फारम, चित्र सपा ² -Hybrid राज्य स्पष्ट छ अर्थात् छ। यदि हामी परिचय मा graphene पाना geometrical कमजोरीहरू अनिवार्य प्रकारका एक बन्द संरचना। उदाहरणका लागि, यस्तो कमजोरीहरू पाँच-membered छल्ले (pentagonal अनुहारहरू), ठ्याक्कै एउटै साझा हेक्सागोनल कार्बन रसायन संग छन्।

युलरको प्रमेय माथिल्लो एउटा बन्द polyhedron को उत्पादन, हामी बाह्र, Pentagons परिचय भने सम्भव trohkoordinirovannymi कि हेक्सागोनल अनुहारहरू संख्या बिना भन्छ। तसर्थ, एक fullerene को न्यूनतम आकार - औपचारिक सी ₂₀ डडेकेड्रोन छ। तर कार्बन अणुहरु को एक सानो संख्या भएको उच्च छ, यस्तै संरचना झुकाव, र यसैले, SP ² -Hybrid राज्य धेरै अनुकूल छैन कार्बन योजनाविद्य समन्वय रुचि देखि। त्यो हो आफ्नो शुद्ध फारम प्राप्त fullerene मा सानो किन - एक संक्षिप्त नियमित ल्कोसहेड्रोन संरचना भएको _छ सी _60। यसलाई मा हेक्सागोनल अनुहारहरू सबै pentagonal प्रत्येक अन्य अलग छन्। Fullerene रसायन यो वास्तवमा को पृथक पेन्टागन नियम कल, र यो एक साँच्चै पहुँच fullerene विषय हो।

सूत्र

Gidrantirovanny fullerene छ सी ₆₀ (सी ₆₀ HyFn)। यो टिकाउ जलरागी supramolecular जटिल, जो हुन्छन् को एक अणु को fullerene सी ₆₀ मा पहिलो खोल नल र बीस चार पानी अणु। सी ₆₀ (एच ₂ हे) ₂₄ - यो fullerene जसको सूत्र _छ। यसलाई बाहिरबाट एक फुटबल बल resembling, बीस hexagons र बाह्र, Pentagons हुन्छन्। यसबाहेक, एक नम्बर को fullerene सी ₇₀ पूरक रूपमा मध्यवर्ती संरचना, जो गरिन्थेन सबै, Pentagons छन् पृथक, गर्दैन अवस्थित। सी देखि ₇₈ fullerene संरचना प्रत्येक कार्बन कंकाल धेरै स्थिर isomers पालन गर्न अनुमति दिन्छ। सिद्धांततः यो कुनै पनि पनि नम्बर को कार्बन अणुहरु, "उच्च fullerenes" त्यहाँ fullerenes सम्भव छ।

चाप द्वारा fullerenes को तयारी प्राय वा विधि र हेलियम वातावरणमा ग्रेफाइट को लेजर वाष्पीकरण द्वारा इलेक्ट्रन-बीम हुन्छ। जो रिएक्टर को सतह मा condenses Soot, बेन्जिन, toluene, xylene वा अन्य जैविक सल्वैंट्स refluxing मा उपचार गरिएको छ। समाधान कालो condensate गठन, evaporated छ, दस पन्ध्र गर्न प्रतिशत सी ₇₀ र साथै सी ₆₀ fullerenes उच्च fullerenes को धेरै सानो रकम को निर्वाचकगण।

विभिन्न furellenami बीच अनुपात को संश्लेषण मापदण्डहरू आधारमा फरक हुन सक्छ, तर सामान्यतया ₆₀ सी प्रबल, यो धेरै पटक ठूलो छ। सबैभन्दा उच्चतम सी ₇₈ को _बीच, सी ₇₆ र सी _84। सामान्य तस्वीर सबै उत्पादनहरु को fullerene संश्लेषण को अनुपात मा एक गिरावट छ। यो सानो समूहहरु सुरुमा evaporated को ठूलो संरचना assembling को एक कम सम्भावना संग, कारण सबैभन्दा सम्भावना छ।

पानी युक्त fullerenes

सबै भन्दा साधारण र विस्तार अध्ययन छ सी _60, जहाँ एक अणु को पदार्थ वास्तवमा नै बीस-चार पानी अणु। यो fullerene अणु एक उच्च सन्तुलन, सबै अणुहरु बराबर हो जहाँ छ। यसको गोलाकार फारम बारेमा 0.36 एनएम गर्न परमाणु केन्द्रक को केन्द्र र 0.5 एनएम को एक अर्धव्यास देखि दूरी छ। यो अणु अनुहार-केन्द्रित क्यूबिक जाली, तीन-पत्र densest गोलाकार पैकिंग छन् जो एक आणविक क्रिस्टल खेल्छ। मा उच्च तापमान, ₆₀ सी sublimes एक तरल चरण गठन बिना। सर्वश्रेष्ठ सबै यो छ भंग मा खुशबूदार पदार्थ को प्रकार को कार्बन disulfide सल्वैंट्स, र ध्रुवीय - धेरै बुरा। एक लम्बी ellipsoidal आकार ₇₀ सी, साथै उच्च fullerenes सी ₆₀ धेरै समान शारीरिक गुण _छ।

र रसायन को क्षेत्र मा उनि धेरै उदार छन् र डेरिवेटिव आफ्नो फरक कक्षाहरू प्राप्त गर्न हरेक मौकाको: Metallofullerenes, heterofullerene। उत्पादनहरु धनी ekzoendralnogo सबै (outer-) जडान को परिवार, किनभने प्रत्येक कार्बन अणु - उपलब्ध प्रतिक्रिया साइट। यी fullerenes को गुण हो। तिनीहरूले नयाँ उत्पादन, हलोजन अणुहरु र हाइड्रोजन, जैविक कण, सम्बन्धन पनि चक्र उत्पन्न गर्न सक्छ सिर्जना गरेर सामेल छन्। यसरी fullerenes Multigrade मिश्रित समावेश बहुलक सामाग्री प्राप्त। ₆₀ K सी कार्बन कंकाल जलाएर बिना चालीस आठ substituents गर्न मिलती। यसरी, उदाहरणका लागि, द्वारा सी ₆₀ प्राप्त फा _48, र wherein जग fullerenes धेरै यस्ता यौगिकों उपयोग गर्दै छन्,।

आवेदन

लगभग fullerenes पूर्ण बिभिन्न क्षेत्रमा रुचि छन्। आफ्नो इलेक्ट्रोनिक गुण को दृश्य मा उनलाई र अर्धचालक रूपमा आफ्नो डेरिवेटिव छलफल गर्न सकिन्छ। सजिलै यूवी विकिरण अवशोषित Fullerenes, तिनीहरूले उच्च इलेक्ट्रन-वापस क्षमता छ। यी सबै गुण यो सम्भव भएको फोटोवोल्टिक तिनीहरूलाई लागू बनाउन, विधुतीय फोटो सेन्सर, विभिन्न आणविक इलेक्ट्रनिक्स को सौर-संचालित उपकरणहरू। Fullerenes photodynamic चिकित्सा र एम मा एजेन्ट रूपमा, antiviral र सूक्ष्मजीवीरोधी एजेन्टहरु रूपमा चिकित्सा मा उपयोग गर्दै हुनुहुन्छ। पी

आधुनिक प्रविधिहरू थप fullerenes पनि उपचारको लागि अझ राम्रो र कुशल काम विधिहरू छन् प्राप्त गर्न एकाइहरु को कुल संख्या वृद्धि गर्न अपेक्षाकृत चाँडै अनुमति छ। उदाहरण को लागि, को लागत, सी ₆₀ को पर्याप्त पछिल्लो दशक र (प्रति ग्राम दस हजार संग दस पन्ध्र डलरसम्म गर्न) आधा भन्दा बढी अस्वीकार गरेको छ किन कि छ। अब हामी अवस्थामा वास्तविक औद्योगिक आवेदन र fullerenes लागि व्यक्ति गिरावट जहाँ सामना गर्दै हुनुहुन्छ। प्रयोगको बढ्दै र हरेक दिन बढ्दै छ।

उद्घाटन बारेमा जानकारी को लागि

Fullerenes आफ्नो संरचना को आधार मा GEODESIC संरचना आविष्कार गर्ने प्रसिद्ध architect र इन्जिनियर Richarda Bakminstera Fullera, पछि नाम। सुरुमा, यौगिकों यस वर्गले मात्र छ-र pentagonal अनुहारहरू समावेश जो संरचना, सीमित छ। कार्बन अणुहरु बाहेक fullerene अणु को संरचना वर्तमान विभिन्न रासायनिक तत्व हो भने, र, ती भनिन्छ endohedral fullerenes कार्बन कंकाल भित्र तिनीहरूले अवस्थित छ। अन्य तत्व को अणुहरु को fullerenes बाहिर स्थित छ भने exohedrally प्राप्त छन्। शोधकर्ताहरु को एक समूह fullerene को अप्रत्याशित खोज गरे जब 1985 मा - आफ्नो नाम, यो आणविक फारम छैन धेरै लामो पहिले थियो। साना, Kroto, कर्ल र अन्य दबाइ लेजर पृथक्करण (irradiation) ठोस प्राप्त थिए ग्रेफाइट जोडी अध्ययन। चुचुराहरूको जो साठी र सत्तरी कार्बन अणुहरु को समूहहरु अनुरूप अधिकतम आयाम थियो फेला परेन।

त्यसैले हामी अणु सी ₆₀ र सी _70, साथै पहिलो अणु एक संक्षिप्त ल्कोसहेड्रोन को आकार मा निर्माण गरिएको छ कि परिकल्पना गणना। बस fullerenes - यो भन्दा साधारण सी ₆₀ नाम bakminsterfullerenom र अणु बाँकी छ।

वैज्ञानिकहरू-दबाइ राम्रो वास्तुकला पोख्त र त भवन मा घरको छानो निर्माण गर्ने फुलर, सम्झना छन् -, Pentagons, hexagons cloven, कि fullerenes को बिल्कुल सबै को आणविक skeletons संरचना जग हो। तर, यो छ - एक आकर्षक कहानी, र एक रोचक इतिहास बिना। यस्तो अणु केहि पहिले जापान (1971) मा लेखिएको थियो अस्तित्व र सैद्धान्तिक आधार को संभावना मा प्राप्त र सोभियत संघ (1973) मा प्रकाशित भएको थियो। यद्यपि, यो Kroto, कर्ल र लघु प्राप्त रसायन मा नोबेल पुरस्कार।

प्रकृति र प्रविधिको

शुद्ध fullerene को तयारी कृत्रिम संश्लेषण गरेर सम्भव छ। यी यौगिकों intensively आफ्नो गठन हुन्छ जो अन्तर्गत अवस्था सेट, विभिन्न देशहरूमा अध्ययन जारी राख्न र fullerene संरचना र उनको गुण मानिन्छ। आवेदन एक बढ्दै झन् क्षेत्र। यो थियो मिली एक महत्वपूर्ण राशि को fullerenes समावेश मा soot, जो गठन मा ग्रेफाइट इलेक्ट्रोड एक चाप छुट्टी। बस यो वास्तवमा पहिले कहिल्यै फेरि देखेको।

प्रकृति मा fullerenes प्रयोगशाला अवस्था, कार्बन अणु अन्तर्गत उत्पादन र थाले थिए पत्ता सकिन्छ। furulgitah मा - Karelia मा, हामी तिनीहरूलाई shungites नमूनाहरू, भारत र संयुक्त राज्य अमेरिका मा फेला परेन। पनि धेरै र बारम्बार कार्बन साठी-पाँच लाख वर्ष भन्दा कम छ जो तल, मा meteorites र sediments मा अणु। धरती मा शुद्ध fullerenes बिजुली र प्राकृतिक ग्याँस को दहन देखि गठन गर्न सकिन्छ। भूमध्य भन्दा लिएको हावा नमूनाहरू, 2011 मा अध्ययन गरिएका छन्, र यो सबै नमूनाहरू लिएको भनेर फेला परेन - इस्तांबुल देखि बार्सिलोना गर्न - त्यहाँ एक fullerene छ। पदार्थ को शारीरिक गुण को स्वभाविक गठन कारण। पनि यो भारी मात्रा ठाउँ मा फेला - र महामण्डल राज्य, र एक ठोस फारममा।

संश्लेषण

fullerenes को अलग पहिलो प्रयोग ठोस ग्रेफाइट नमूनाहरू को लेजर irradiation को irradiation प्राप्त भएको थियो जुन ग्रेफाइट, को संक्षिप्त vapors मार्फत भयो। fullerenes मात्र निशान प्राप्त गर्न व्यवस्थित। मात्र दबाइ द्वारा 1990 मा Huffman, थुमा र Kretschmer ग्राम परिमाणमा fullerenes को उत्पादन को एक नयाँ विधि विकास गरे। यो हेलियम एक वातावरणमा र कम दबाब एक बिजुली चाप द्वारा ग्रेफाइट इलेक्ट्रोड जल मा शामिल थिए। को Anode को क्षरण छ र कोठामा पर्खाल समावेश fullerenes soot देखियो।

यसबाहेक, soot toluene वा बेन्जिन मा भंग गरिएको छ, र जसको परिणामस्वरूप समाधान ग्राम शुद्ध अणु उभिए सी ₇₀ र सी _60। अनुपात - 1: 3। यसबाहेक, एक समाधान भारी र दुई प्रतिशत उच्च अर्डर fullerenes को comprised। अब सजिलो थियो: evaporating लागि इष्टतम मापदण्डहरू चयन - fullerenes अधिकतम उपज प्राप्त गर्न, वातावरण, दबाव, इलेक्ट्रोड व्यास, वर्तमान र यति मा को संरचना। तिनीहरू वास्तविक Anode सामाग्री को बारेमा बाह्र प्रतिशत थिए। किन यति महंगा fullerenes छन् भन्ने छ।

उत्पादन

सुरुमा प्रयोगात्मक वैज्ञानिकहरू सबै प्रयासहरू व्यर्थमा थिए: उत्पादन fullerenes को उत्पादक र सस्ता विधिहरू छन्। न त hydrocarbons वा रासायनिक संश्लेषण को बलिरहेको ज्वाला असफल थिए। बिजुली चाप विधि, सबै भन्दा उत्पादक भएको छ तपाईं प्रति घण्टा fullerenes को बारेमा एक ग्राम प्राप्त गर्न अनुमति दिन्छ। कम्पनी मित्सुबिशी hydrocarbons को दहन निर्माण को एक विधि विकसित गरेको छ, तर तिनीहरूले शुद्ध fullerenes छैनन् - तिनीहरूले अक्सिजन अणु समावेश गर्दछ। र हालसम्म यो अस्पष्ट प्रक्रिया दृश्य को एक thermodynamic बिन्दुबाट अत्यन्तै अस्थिर arcing छ किनभने पदार्थ को गठन को संयन्त्र रहन्छ, र यो धेरै कडा छ सिद्धान्त को विचार लाइ रोक्छ। irrefutable सी ₂ टुकडे व्यक्तिगत fullerene कार्बन अणुहरु संकलन प्रमाण मात्र, अर्थात्। तर, यो पदार्थ को गठन को स्पष्ट चित्र गठन भएको छैन।

fullerene को उच्च लागत जलाइएको जब कम पैदावार मात्र निर्धारण गरिएको छ। अलग, शुद्धीकरण, अलग को fullerenes विभिन्न जनता को soot - सबै यी प्रक्रियाहरू छन् एकदम जटिल। विशेष गरी यो तरल स्तम्भ Chromatography र उच्च दबाव द्वारा आयोजित जो अलग आणविक अंश, मा मिश्रण अलग प्रश्न हो। विलायक अवशेष अन्तिम चरण मा पहिले नै ठोस fullerene हटाइएको छन्। यो नमूना अप गर्न सय दुई र पचास डिग्री को एक तापमान मा गतिशील निर्वात अन्तर्गत राखिएको छ। अविश्वसनीय लोकप्रिय भएको छ जो fullerenes को रसायन, - तर फाइदा fullerene सी ₆₀ को विकास को समयमा र macroscopic मात्रा मा प्राप्त पहिले नै जैविक रसायन स्वतन्त्र शाखा हुर्किसकेका छ भन्ने छ।

लाभ

Fullerene डेरिवेटिव प्रविधिको विभिन्न क्षेत्रहरू प्रयोग गरिन्छ। फ्वायल्स र fullerene क्रिस्टल - अप्टिकल irradiation अन्तर्गत अर्धचालक भइरहेको photoconductivity। क्रिस्टल सी _60, यदि alkaline धातु को doped अणुहरु, superconductivity को एक राज्य संक्रमण। Fullerene समाधान गैर-रैखिक अप्टिकल गुण हो, र यसैले तीव्र विकिरण विरुद्ध सुरक्षा गर्न आवश्यक छन् भनेर अप्टिकल शटर को आधारको रूपमा प्रयोग गर्न सकिन्छ। पनि हीरा संश्लेषण लागि एक उत्प्रेरक रूपमा प्रयोग fullerene। Fullerenes व्यापक जीव र चिकित्सा प्रयोग गरिन्छ। यी अणुहरुलाई तीन गुण रोजगार: membranotropnyh lipophilicity निर्धारण, मुक्त कण संग क्षमता अन्तरक्रिया दिने elektronodefitsit, तर पनि अक्सिजन अणु पारंपरिक आफ्नै उत्साहित राज्य स्थानान्तरण गर्न र अक्सिजन singlet बारी गर्ने क्षमता।

nucleic एसिड, प्रोटीन, lipids: यस्तो प्रतिक्रियाशील पदार्थ biomolecules आक्रमण। प्रतिक्रियाशील अक्सिजन प्रजाति क्यान्सर उपचारका लागि photodynamic चिकित्सा मा प्रयोग गरिन्छ। वास्तवमा fullerenes वा डेरिवेटिव तत्संबंधी - रोगी गरेको रगत प्रतिक्रियाशील अक्सिजन प्रजाति उत्पन्न, photosensitizers शुरू गरिएको छ। ट्यूमर मा रक्त प्रवाह स्वस्थ Tissues भन्दा कमजोर छ, र photosensitizers यसलाई मा जम्मा किनभने, र अणु को irradiation निर्देशन पछि प्रतिक्रियाशील अक्सिजन प्रजाति उत्पन्न द्वारा उत्तेजित छन्। क्यान्सर कक्षहरू अनुभव apoptosis र ट्यूमर नष्ट गरिएको छ। कि बाहेक - fullerenes एंटीओक्सिडेंट गुण र जाल प्रतिक्रियाशील अक्सिजन प्रजाति छन्।

Fullerene एचआईभी integrase गतिविधि, को रचना परिवर्तन र मुख्य कार्य Wrecking उहाँलाई depriving गरेर अन्तरक्रिया गरेर डीएनए मा भाइरस को समायोजनका लागि जिम्मेवार छ कि एक प्रोटीन lowers। fullerene डेरिवेटिव केही डीएनए संग प्रत्यक्ष अन्तरक्रिया र कार्य restiktaz बाधित।

चिकित्सा बारेमा थप

2007 मा, पानी घुलनशील fullerenes तिनीहरूलाई antiallergic एजेन्ट खाने लागि प्रयोग गर्न थाले। C60 (नेट) एक्स र C60 (OH) X - अध्ययन fullerene डेरिवेटिव उजागर गरिएको छ कि मानव रगत र कक्षहरू मा सञ्चालन गरेका थिए। चूहों - - जीवित जीव मा प्रयोग मा परिणाम सकारात्मक थिए।

पहिले नै, एक दबाइ वितरण सदिश रूपमा प्रयोग पदार्थ, fullerenes समावेश पानी (यसरी सम्झन्छन् hydrophobicity सी ₆₀₎ कक्ष झिल्ली धेरै सजिलो छ penetrates किनभने। उदाहरणको लागि, erythropoietin - मृगौला हर्मोन प्रविष्ट सीधा मा रगत छ पदावनत मा एक महत्वपूर्ण राशि, र यदि यो छ प्रयुक्त संगै fullerenes, एकाग्रता बढ्छ गर्न अधिक डबल, किनभने यो पाउँछ मा सेल।