Monday, February 11, 2019

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Fullerene - Wikipedia




Ein Fulleren ist ein Allotrop von Kohlenstoff in Form einer Hohlkugel, eines Ellipsoids, einer Röhre und vieler anderer Formen und Größen. Sphärische Fullerene, auch Buckminsterfullerene oder Buckyballs genannt, ähneln den im Vereinsfußball verwendeten Bällen. Zylindrische Fullerene werden auch als Kohlenstoffnanoröhren (Buckytubes) bezeichnet. Fullerene ähneln in ihrer Struktur dem Graphit, der aus gestapelten Graphenblechen aus miteinander verbundenen sechseckigen Ringen besteht. Wenn sie nicht zylindrisch sind, müssen sie auch fünfeckige (oder manchmal siebeneckige) Ringe enthalten. [1]

Das erste entdeckte Fulleren-Molekül und der Namensgeber der Familie, Buckminsterfullerene (C 60 ), wurde 1985 hergestellt Richard Smalley, Robert Curl, James Heath, Sean O'Brien und Harold Kroto von der Rice University. Der Name war eine Hommage an Buckminster Fuller, dessen geodätische Kuppeln ihm ähneln. Die Struktur wurde auch vor fünf Jahren von Sumio Iijima aus einem elektronenmikroskopischen Bild identifiziert, wo sie den Kern einer "Bucky-Zwiebel" bildete. [2] Seitdem wurden Fullerene in der Natur gefunden. [3] Fullerene wurden im Weltraum nachgewiesen. [4] Laut dem Astronomen Letizia Stanghellini: "Es ist möglich, dass Buckyballs aus dem Weltraum Samen für das Leben auf der Erde bereitstellten." [5]

Die Entdeckung der Fullerene erweiterte die Zahl der bekannten Kohlenstoff-Allotrope erheblich war zuvor auf Graphit, Graphen, Diamant und amorphen Kohlenstoff wie Ruß und Kohle beschränkt. Buckyballs und Buckytubes waren sowohl wegen ihrer Chemie als auch wegen ihrer technologischen Anwendungen, insbesondere in den Bereichen Materialwissenschaft, Elektronik und Nanotechnologie, Gegenstand intensiver Forschung. [6]




Geschichte [ ]


Das ikosaedrische Fulleren C 540 ein anderes Mitglied der Familie der Fullerene

Der ikosaedrische C 60 H 60 Käfig wurde 1965 als mögliche topologische Struktur erwähnt [7] Eiji Osawa von der Toyohashi University of Technology prognostizierte 1970 die Existenz von C 60 . [8][9] Er bemerkte, dass die Struktur eines Corannulenmoleküls eine Untermenge einer Verbandsfußballform war, und er vermutete dass es auch eine volle Kugelform geben könnte. Japanische wissenschaftliche Zeitschriften berichteten von seiner Idee, aber weder sie noch irgendwelche Übersetzungen erreichten Europa oder Amerika.

Ebenfalls 1970 schlug R. W. Henson (damals Atoms Energy Research Establishment) die Struktur vor und baute ein Modell von C 60 . Leider waren die Beweise für diese neue Form von Kohlenstoff sehr schwach und wurden selbst von seinen Kollegen nicht akzeptiert. Die Ergebnisse wurden nie veröffentlicht, sondern wurden in Carbon im Jahr 1999 anerkannt. [10] [11]

1973, unabhängig von Henson, einer Gruppe von Wissenschaftler der UdSSR führten eine quantenchemische Analyse der Stabilität von C durch 60 und berechneten deren elektronische Struktur. Wie in den vorherigen Fällen akzeptierte die wissenschaftliche Gemeinschaft die theoretische Vorhersage nicht. Das Papier wurde 1973 in veröffentlicht. Verfahren der Akademie der Wissenschaften der UdSSR (auf Russisch) [12]

In der Massenspektrometrie erschienen diskrete Peaks, die Molekülen mit der genauen Masse entsprachen von sechzig oder siebzig oder mehr Kohlenstoffatomen. 1985 entdeckten Harold Kroto von der University of Sussex, James R. Heath, Sean O'Brien, Robert Curl und Richard Smalley von der Rice University C 60 und entdeckten kurz danach die Fullerene. [13]
Kroto, Curl und Smalley wurden 1996 für ihre Rolle bei der Entdeckung dieser Molekülklasse mit dem Nobelpreis für Chemie [14] ausgezeichnet. C 60 und andere Fullerene traten später außerhalb des Labors auf (zum Beispiel bei normalem Kerzenruß). Bis 1990 war es relativ einfach, Proben von Fullerenpulver in Grammgröße mit den Techniken von Donald Huffman, Wolfgang Krätschmer, Lowell D. Lamb und Konstantinos Fostiropoulos herzustellen. Die Fullerenreinigung ist für Chemiker nach wie vor eine Herausforderung und bestimmt weitgehend die Fullerenpreise. Sogenannte endoedrische Fullerene enthalten Ionen oder kleine Moleküle, die in die Käfigatome eingebaut sind. Fulleren ist ein ungewöhnlicher Reaktant in vielen organischen Reaktionen, wie der 1993 entdeckten Bingel-Reaktion. Kohlenstoffnanoröhren wurden erstmals 1991 entdeckt und synthetisiert. [15] [16] [1945654]

Minute Mengen der Fullerene in Form von C 60 C 70 C 76 C 82 und C 84 Moleküle werden in der Natur produziert, im Ruß verborgen und durch Blitzentladungen in der Atmosphäre gebildet. [17] 1992 wurden Fullerene in einer Familie von Mineralien gefunden, die als Shungites in Karelia, Russland, bekannt sind. [3]

Im Jahr 2010 wurden Fullerene (C 60 ) in einer Wolke aus kosmischem Staub entdeckt, die einen entfernten Stern um 6500 Lichtjahre entfernt umgibt. Mit dem Spitzer-Infrarot-Teleskop der NASA entdeckten die Wissenschaftler die unverwechselbare Infrarotsignatur der Moleküle. Sir Harry Kroto, der 1996 den Nobelpreis für Chemie für die Entdeckung von Buckyballs teilte, sagte: "Dieser aufregendste Durchbruch liefert überzeugende Beweise dafür, dass der Buckyball, wie ich schon lange vermutete, seit undenklichen Zeiten in den dunklen Tiefen unserer Galaxie existiert." [18]


Benennung [ edit ]


Die Entdecker des Buckminsterfullerene (C 60 ) benannten es nach Richard Buckminster Fuller, einem bekannten Architekturmodellierer, der sich populär machte die geodätische Kuppel. Da Buckminsterfullerene eine ähnliche Form wie solche Kuppeln haben, hielten sie den Namen für angemessen. [19]
Als die Entdeckung der Fullerenfamilie kam, nachdem Buckminsterfullerene verwendet wurde, wird der abgekürzte Name "Fullerene" verwendet Familie der Fullerene. Das Suffix "-ene" zeigt an, dass jedes C-Atom kovalent an drei andere gebunden ist (anstelle des Maximums von vier), eine Situation, die klassischerweise der Existenz von Bindungen entspricht, die zwei Elektronenpaare ("Doppelbindungen") enthalten.


Fullerentypen [ edit ]


Seit der Entdeckung der Fullerene im Jahr 1985 haben sich die strukturellen Variationen der Fullerene weit über die einzelnen Cluster hinaus entwickelt. Beispiele sind: [20]


  • Buckyball-Cluster : kleinstes Mitglied ist C
    20     (ungesättigte Version von Dodecahedran) und das häufigste ist C
    60

  • Nanotubes

  • . : Hohlrohre mit sehr kleinen Abmessungen, ein- oder mehrwandig; Mögliche Anwendungen in der Elektronikindustrie

  • Megatubes : Größer im Durchmesser als Nanoröhrchen und mit unterschiedlich dicken Wänden versehen; potentiell für den Transport einer Vielzahl von Molekülen unterschiedlicher Größe verwendet [21]

  • Polymere : Ketten-, zweidimensionale und dreidimensionale Polymere werden unter Hochdruck-Hochtemperaturbedingungen gebildet ; Einzelstrangpolymere werden unter Verwendung der ATRAP-Route (Atom Transfer Radical Addition Polymerisation) [22]

  • nano "Zwiebeln" gebildet: kugelförmige Teilchen, die auf mehreren Kohlenstoffschichten basieren, die einen Buckyballkern umgeben [19659036 [24]

  • verknüpfte "Kugel-Kette" -Dimere : zwei durch eine Kohlenstoffkette verbundene Buckybälle [25]

  • fullerene rings [26]

Buckyballs [ edit ]


C 60 mit Isofläche der Elektronenzahl im Grundzustand, berechnet mit DFT

. Rotierende Ansicht von C 60 eine Art Fulleren

Buckminsterfullerene [ edit ]



Buckminsterfullerene ist das kleinste Fullerenmolekül, das fünfeckige und sechseckige Ringe enthält, in denen sich keine zwei Pentagone befinden destabilisierend wie im Pentalene). Es ist auch am häufigsten in Bezug auf das natürliche Vorkommen, da es häufig in Ruß zu finden ist.

Die Struktur von C 60 ist ein abgeschnittenes Ikosaeder, das einem Verbandfußballball ähnelt, der aus zwanzig Sechsecken und zwölf Fünfecken mit einem Kohlenstoffatom an den Ecken jedes Polygons und einer Bindung besteht jede Polygonkante.

Der Van-der-Waals-Durchmesser eines C 60 -Moleküls beträgt etwa 1,1 Nanometer (nm). [27] Der Durchmesser von Kern zu Kern eines C 60 -Moleküls beträgt etwa 0,71 nm .

Das C 60 -Molekül hat zwei Bindungslängen. Die 6: 6-Ringbindungen (zwischen zwei Sechsecken) können als "Doppelbindungen" betrachtet werden und sind kürzer als die 6: 5-Bindungen (zwischen einem Sechseck und einem Fünfeck). Seine durchschnittliche Bindungslänge beträgt 1,4 Angström.

Silizium-Buckyballs wurden um Metallionen herum geschaffen.


Boron buckyball [ edit ]


Eine Art Buckyball, der anstelle des üblichen Kohlenstoffs Boratome verwendet, wurde 2007 vorhergesagt und beschrieben. The B 80 [19459017DieStrukturbeiderjedesAtom5oder6BindungenbildetwirdvoraussichtlichstabileralsderBuckyballvonC 60 . [28] Ein Grund dafür ist, dass B 80 ] ist eigentlich eher die ursprüngliche geodätische Kuppelstruktur, die von Buckminster Fuller populär gemacht wurde und die Dreiecke anstelle von Sechsecken verwendet. Diese Arbeit wurde jedoch von Quantenchemikern heftig kritisiert [29][30] da man zu dem Schluss kam, dass die vorhergesagte symmetrische Struktur von I schwingungsinstabil war und der resultierende Käfig einen spontanen Symmetriebruch erleidet, was einen gerafften Käfig ergibt mit seltenem T h Symmetrie (Symmetrie eines Volleyball). [29] Die Anzahl der sechsgliedrigen Ringe in diesem Molekül beträgt 20 und die Anzahl der fünfgliedrigen Ringe beträgt 12. Im Atom ist ein zusätzliches Atom vorhanden Zentrum jedes sechsgliedrigen Rings, gebunden an jedes umgebende Atom. Unter Verwendung eines systematischen globalen Suchalgorithmus wurde später festgestellt, dass das zuvor vorgeschlagene B80-Fulleren kein globales Minimum für 80-Atom-Bor-Cluster ist und daher in der Natur nicht zu finden ist. [31] In derselben Arbeit von Sandip De et al. Es wurde der Schluss gezogen, dass sich die Energielandschaft von Boron deutlich von anderen bereits in der Natur vorkommenden Fullerenen unterscheidet, so dass reine Bor-Fullerene in der Natur unwahrscheinlich sind.


Andere Buckyballs [ edit ]


Ein anderes ziemlich verbreitetes Fulleren ist C 70 [32] aber Fullerene mit 72, 76, 84 und sogar bis zu 100 üblicherweise werden Kohlenstoffatome erhalten.

Mathematisch ist die Struktur eines Fullerens ein dreiwertiges konvexes Polyeder mit fünfeckigen und sechseckigen Flächen. In der Graphentheorie bezieht sich der Begriff Fulleren auf alle 3-regulären, ebenen Graphen mit allen Flächen der Größe 5 oder 6 (einschließlich der Außenfläche). Es folgt aus Eulers Polyederformel, V - E + F = 2 (wobei V E F sind die Anzahlen von Ecken, Kanten und Gesichtern), dh es gibt genau 12 Fünfecke in einem Fulleren und V / 2 - 10 Sechsecke.








Graph von 20-Fulleren w-node.svg
Graph von 26-Fulleren-5-Basen-w-node.svg
Graph von 60-Fullerene w-node.svg
Graph von 70-Fulleren w-node.svg
20-Fulleren
(dodekaedrischer Graph)
 26-Fulleren-Graph
 60-Fulleren
(abgeschnittener ikosaedrischer Graph)
 70-Fulleren-Graph

Das kleinste Fulleren ist der Dodekaeder C 20 . Es gibt keine Fullerene mit 22 Ecken. [33] Die Zahl der Fullerene C 2n wächst mit steigendem n = 12, 13, 14, ... in etwa proportional zu ] n 9 (Sequenz A007894 im OEIS). Zum Beispiel gibt es 1812 nicht isomorphe Fullerene C 60 . Es ist zu beachten, dass nur eine Form von C 60 der buckminsterfullerene alias, der Ikosaeder abgeschnitten ist, kein Paar benachbarter Fünfecke (das kleinste derartige Fulleren) aufweist. Um das Wachstum weiter zu veranschaulichen, gibt es 214.127.713 nicht-isomorphe Fullerene C 200 von denen 15.655.672 keine benachbarten Fünfecke haben. Optimierte Strukturen vieler Fullerenisomere werden veröffentlicht und im Internet aufgeführt.

Heterofullerene haben Heteroatome, die Kohlenstoffe in Käfig- oder rohrförmigen Strukturen substituieren. Sie wurden 1993 [35] entdeckt und erweitern die Gesamtklasse der Fulleren-Verbindungen erheblich. Bemerkenswerte Beispiele schließen Bor, Stickstoff (Azafulleren), Sauerstoff und Phosphorderivate ein.

Trimetasphere-Kohlenstoffnanomaterialien wurden von Forschern der Virginia Tech entdeckt und exklusiv für Luna Innovations lizenziert. Diese Klasse neuartiger Moleküle umfasst 80 Kohlenstoffatome ( C
80 ), die eine Kugel bilden, die einen Komplex aus drei Metallatomen und einem Stickstoffatom einschließt. Diese Fullerene kapseln Metalle ein, wodurch sie in die als Metallofullerene bezeichnete Teilmenge gebracht werden. Trimetaspheres haben das Potenzial zur Verwendung in der Diagnostik (als sichere Imagingmittel), in der Therapeutik [36] und in organischen Solarzellen. [37]


Kohlenstoffnanoröhren




sind Nanotubes zylindrische Fullerene. Diese Kohlenstoffröhren sind normalerweise nur wenige Nanometer breit, können jedoch eine Länge von weniger als einem Mikrometer bis zu mehreren Millimetern haben. Sie haben oft geschlossene Enden, können aber auch offen sein. Es gibt auch Fälle, in denen das Rohr vor dem Verschließen einen geringeren Durchmesser aufweist. Ihre einzigartige Molekülstruktur führt zu außergewöhnlichen makroskopischen Eigenschaften, einschließlich hoher Zugfestigkeit, hoher elektrischer Leitfähigkeit, hoher Duktilität, hoher Wärmeleitfähigkeit und relativer chemischer Inaktivität (da sie zylindrisch und "planar" ist), dh sie hat keine "freiliegenden" Atome das kann leicht verschoben werden). Eine vorgeschlagene Verwendung von Kohlenstoffnanoröhrchen besteht in Papierbatterien, die 2007 von Forschern des Rensselaer Polytechnic Institute entwickelt wurden. [38] Ein anderer hochspekulativer Einsatz im Bereich der Weltraumtechnologie ist die Herstellung von hochfesten Kohlenstoffkabeln, die für einen Weltraumaufzug benötigt werden.


Kohlenstoff-Nanobuds [ ]



. Nanobuds wurden durch Zugabe von Buckminsterfullerenen zu Kohlenstoff-Nanoröhren erhalten.


Fullerite [ edit ]


Die C 60 Fullerene in kristalliner Form

sind Fullerites Manifestation von Fullerenen und verwandten Verbindungen und Materialien.

"Ultrahard-Fullerit" ist ein Begriff, der häufig zur Beschreibung von Material verwendet wird, das durch die Verarbeitung von Fullerit mit Hochdruck und Hochtemperatur (HPHT) hergestellt wird. Durch diese Behandlung wird Fullerit in eine nanokristalline Form des Diamanten umgewandelt, von der berichtet wurde, dass sie bemerkenswerte mechanische Eigenschaften aufweist. [39]



Anorganische Fullerene [ ]


Materialien mit Fulleren-ähnlichen Molekülstrukturen, denen jedoch Kohlenstoff fehlt umfassen MoS 2 WS 2 TiS 2 und NbS 2 . Unter isostatischem Druck erwiesen sich diese neuen Materialien als stabil bis zu mindestens 350 t / cm 2 (34.3 GPa). [40]


Eigenschaften [


] In den frühen 2000er Jahren waren die chemischen und physikalischen Eigenschaften von Fullerenen ein heißes Thema in der Forschung und Entwicklung. Popular Science erörterte die möglichen Verwendungen von Fullerenen (Graphen) in der Rüstung. [41] Im April 2003 wurden Fullerene für mögliche medizinische Zwecke untersucht: die Bindung spezifischer Antibiotika an die Struktur, um resistente Bakterien anzugreifen und sogar bestimmte Krebsarten zu bekämpfen Zellen wie Melanome. Die Ausgabe von Chemistry & Biology vom Oktober 2005 enthielt einen Artikel, in dem die Verwendung von Fullerenen als lichtaktivierte antimikrobielle Mittel beschrieben wird. [42]

Auf dem Gebiet der Nanotechnologie die Wärmebeständigkeit und Supraleitung sind einige der stärker untersuchten Eigenschaften.

Eine übliche Methode zur Herstellung von Fullerenen besteht darin, in einer inerten Atmosphäre einen großen Strom zwischen zwei benachbarten Graphitelektroden zu leiten. Der resultierende Kohlenstoffplasmabogen zwischen den Elektroden kühlt sich in rußigen Rückstand ab, aus dem viele Fullerene isoliert werden können.

Es gibt viele Berechnungen, die mit ab-initio-Quantenmethoden für Fullerene durchgeführt wurden. Durch DFT- und TD-DFT-Verfahren kann man IR-, Raman- und UV-Spektren erhalten. Ergebnisse solcher Berechnungen können mit experimentellen Ergebnissen verglichen werden.


Aromaticity [ edit ]


Forscher konnten die Reaktivität von Fullerenen durch Anlagerung aktiver Gruppen an ihren Oberflächen erhöhen. Buckminsterfullerene weist keine "Superaromatizität" auf, dh die Elektronen in den hexagonalen Ringen sind nicht über das gesamte Molekül delokalisiert.

Ein sphärisches Fulleren von n Kohlenstoffatomen hat n pi-bindende Elektronen, die frei zu delokalisieren sind. Diese sollten versuchen, das gesamte Molekül zu delokalisieren. Die Quantenmechanik einer solchen Anordnung sollte nur einer Schale mit der bekannten quantenmechanischen Struktur eines einzelnen Atoms ähneln, mit einer stabil gefüllten Schale für n = 2, 8, 18, 32, 50, 72, 98, 128 usw.; zweimal eine perfekte quadratische Zahl; Diese Serie umfasst jedoch nicht 60. Diese 2 ( N + 1) 2 Regel (mit N Ganzzahl) für sphärische Aromatizität ist das dreidimensionale Analogon von Hückels Herrschaft. Das 10+ -Kation würde diese Regel erfüllen und sollte aromatisch sein. Dies wurde mit Hilfe der quantenchemischen Modellierung gezeigt, die das Vorhandensein von starken diamagnetischen Kugelströmen im Kation zeigte. [43]

Als Ergebnis C 60 In Wasser nimmt es zwei weitere Elektronen auf und wird zu einem Anion. Das n C 60 das unten beschrieben wird, kann das Ergebnis von C 60 sein, das versucht, eine lose metallische Bindung zu bilden.


Chemistry [ edit ]



Fullerene sind stabil, aber nicht völlig unreaktiv. Die sp 2 -hybridisierten Kohlenstoffatome, die im planaren Graphit ihr Energieminimum aufweisen, müssen gebogen werden, um die geschlossene Kugel oder Röhre zu bilden, die eine Winkelverformung erzeugt. Die charakteristische Reaktion von Fullerenen ist die elektrophile Addition an 6,6-Doppelbindungen, die die Winkeldehnung reduziert, indem sp -hybridisierte Kohlenstoffe in sp 3 -hybridisierte umgewandelt werden. Die Änderung der hybridisierten Orbitale bewirkt, dass die Bindungswinkel von etwa 120 ° in den sp 2 Orbitalen auf etwa 109,5 ° in den sp 3 Orbitalen abnehmen. Diese Abnahme der Bindungswinkel ermöglicht, dass sich die Bindungen beim Schließen der Kugel oder Röhre weniger biegen, wodurch das Molekül stabiler wird.

Andere Atome können in Fullerenen eingeschlossen werden, um Einschlussverbindungen zu bilden, die als endohedrale Fullerene bezeichnet werden. Ein ungewöhnliches Beispiel ist das eiförmige Fulleren Tb 3 N @ C 84 das die isolierte Pentagon-Regel verletzt. [44] Neueste Beweise für einen Meteoriteneinschlag am Ende des Perm-Flusses Diese Periode wurde durch die Analyse der so erhaltenen Edelgase gefunden. [45] Impfungen auf Metallofulleren-Basis mit dem rhonditischen Stahlverfahren beginnen mit der Produktion als einer der ersten kommerziellen Verwendungen von Buckyballs.


Löslichkeit [ edit ]



C 60 in kaltgepresstem Olivenöl, das die charakteristische violette Farbe von unverdünnten C-Lösungen 60 zeigt ] Fullerene sind in vielen Lösungsmitteln schwer löslich. Übliche Lösungsmittel für die Fullerene umfassen Aromaten wie Toluol und andere wie Schwefelkohlenstoff. Lösungen von reinem Buckminsterfulleren haben eine tiefpurpurne Farbe. Lösungen von C 70 sind rötlich braun. Die höheren Fullerene C 76 bis C 84 haben eine Vielzahl von Farben. C 76 weist zwei optische Formen auf, während andere höhere Fullerene mehrere strukturelle Isomere aufweisen. Fullerene sind das einzige bekannte Allotrop des Kohlenstoffs, das bei Raumtemperatur in üblichen Lösungsmitteln gelöst werden kann.


Einige Fullerenstrukturen sind nicht löslich, da sie eine kleine Bandlücke zwischen dem Grundzustand und dem angeregten Zustand aufweisen. Dazu gehören die kleinen Fullerene C 28 [46] C 36 und C 50 . Die Struktur von C 72 befindet sich ebenfalls in dieser Klasse, aber die endohedrale Version mit einem eingeschlossenen Lanthanidgruppenatom ist aufgrund der Wechselwirkung des Metallatoms mit den elektronischen Zuständen des Fullerens löslich. Ursprünglich waren die Forscher von C 72 verwirrt gewesen, da es im mit Vollerenplasma erzeugten Rußextrakt fehlte, aber in endohedralen Proben gefunden wurde. Fullerene mit kleiner Bandlücke sind hochreaktiv und binden an andere Fullerene oder Rußpartikel.

Lösungsmittel, die in der Lage sind, Buckminsterfullerene aufzulösen (C 60 und C 70 ), sind in der Reihenfolge ihrer höchsten Löslichkeit links aufgelistet. Der angegebene Löslichkeitswert ist die ungefähre gesättigte Konzentration. [47] [48] [49] [50] [51]

Die Löslichkeit von C 60 zeigt in einigen Lösungsmitteln ein ungewöhnliches Verhalten aufgrund des Vorhandenseins von Solvatphasen (Analoga von Kristallhydraten). Beispielsweise zeigt die Löslichkeit von C 60 in Benzollösung ein Maximum bei etwa 313 K. Kristallisation aus Benzollösung bei Temperaturen unterhalb des Maximums führt zur Bildung von triclinem festem Solvat mit vier Benzolmolekülen C 60 · 4C 6 H 6 das in der Luft eher instabil ist. Aus der Lösung zerfällt diese Struktur in wenigen Minuten in gewöhnliche kubisch zentrierte (fcc) C 60 . Bei Temperaturen oberhalb des Löslichkeitsmaximums ist das Solvat selbst beim Eintauchen in gesättigte Lösung nicht stabil und schmilzt unter Bildung von fcc C 60 . Kristallisation bei Temperaturen oberhalb des Löslichkeitsmaximums führt zur Bildung von reinem fcc C 60 . Millimetergroße Kristalle von C 60 und C 70 können sowohl für Solvate als auch für reine Fullerene gezüchtet werden. [52][53]


Quantenmechanik edit ]]


Forscher der Universität Wien haben 1999 gezeigt, dass die Wellenpartikel-Dualität für Moleküle wie Fulleren gilt. [54]


Supraleitung [ ]



Chirality edit ]


Einige Fullerene (z. B. C 76 C 78 C 80 und C 84 ) sind von Natur aus chiral, weil sie D 2 -symmetrisch sind und erfolgreich gelöst wurden. Die Forschungsanstrengungen zur Entwicklung spezifischer Sensoren für ihre Enantiomere laufen.


Konstruktion [ edit ]


Es wurden zwei Theorien vorgeschlagen, um die molekularen Mechanismen zu beschreiben, die Fullerene bilden. Die ältere "Bottom-up" -Theorie schlägt vor, dass sie Atom für Atom aufgebaut sind. Der alternative "Top-Down" -Ansatz besagt, dass sich Fullerene bilden, wenn viel größere Strukturen in Bestandteile zerfallen. [55]

2013 entdeckten Forscher, dass asymmetrische Fullerene aus größeren Strukturen sich in stabilen Fullerenen ansiedeln. Die synthetisierte Substanz war ein spezielles Metallofulleren, das aus 84 Kohlenstoffatomen mit zwei zusätzlichen Kohlenstoffatomen und zwei Yttriumatomen im Käfig bestand. Das Verfahren erzeugte ungefähr 100 Mikrogramm. [55]

Sie fanden jedoch heraus, dass das asymmetrische Molekül theoretisch kollabieren könnte, um nahezu jedes bekannte Fulleren und Metallofulleren zu bilden. Kleinere Störungen, die das Brechen einiger molekularer Bindungen mit sich bringen, führen dazu, dass der Käfig hochsymmetrisch und stabil wird. Diese Erkenntnis stützt die Theorie, dass Fullerene aus Graphen gebildet werden können, wenn die entsprechenden molekularen Bindungen durchtrennt werden. [55][56]


Produktionstechnologie [ edit ]


Fulleren-Herstellungsverfahren umfassen die folgenden fünf Unterprozesse: i) Synthese von Fullerenen oder Fulleren enthaltendem Ruß; (ii) Extraktion; (iii) Trennung (Reinigung) für jedes Fullerenmolekül, wobei reine Fullerene wie C 60 erhalten werden; (iv) Synthese von Derivaten (meistens unter Verwendung der Techniken der organischen Synthese); (v) andere Nachbearbeitung, wie Dispersion in eine Matrix. Die beiden in der Praxis verwendeten Synthesemethoden sind die Bogenmethode und die Verbrennungsmethode. Letztere, die am Massachusetts Institute of Technology entdeckt wurde, wird für die industrielle Produktion im großen Maßstab bevorzugt. [57][58]


Anwendungen [ ]


. Fullerene wurden umfassend für verschiedene biomedizinische Anwendungen einschließlich des Designs verwendet von Hochleistungs-MRI-Kontrastmitteln, Röntgenkontrastmitteln für die Bildgebung, photodynamische Therapie und Medikamenten- und Genabgabe, zusammengefasst in mehreren umfassenden Übersichten. [59]


Tumorforschung [ edit ]


While In der Krebsforschung der Vergangenheit wurden Bestrahlungstherapien eingesetzt. Die photodynamische Therapie ist wichtig für die Untersuchung, da Durchbrüche bei der Behandlung von Tumorzellen Patienten mit unterschiedlichen Bedingungen mehr Möglichkeiten bieten. Jüngste Experimente mit HeLa-Zellen in der Krebsforschung beinhalten die Entwicklung neuer Photosensibilisatoren mit erhöhter Fähigkeit, von Krebszellen aufgenommen zu werden und dennoch den Zelltod auszulösen. Es ist auch wichtig, dass ein neuer Photosensibilisator nicht lange im Körper verbleibt, um unerwünschte Zellschäden zu verhindern. [60]

Fullerene können von HeLa-Zellen absorbiert werden. Die Derivate von C 60 können an die Zellen abgegeben werden, indem unter anderem die funktionellen Gruppen L-Phenylalanin, Folsäure und L-Arginin verwendet werden. [61]
Die Funktionalisierung der Fullerene zielt darauf ab, die Löslichkeit des Moleküls zu erhöhen die Krebszellen. Krebszellen nehmen diese Moleküle aufgrund einer Hochregulierung der Transporter in der Krebszelle in einer erhöhten Geschwindigkeit auf, in diesem Fall bringen Aminosäuretransporter die funktionellen Gruppen L-Arginin und L-Phenylalanin der Fullerene ein. [62]

Nach der Absorption durch die Zellen würden die Derivate von C 60 auf Lichtstrahlung reagieren, indem sie molekularen Sauerstoff in reaktiven Sauerstoff umwandeln, der Apoptose in den HeLa-Zellen und anderen Krebszellen auslöst, die das Fulleren absorbieren können Molekül. Diese Forschung zeigt, dass eine reaktive Substanz auf Krebszellen abzielen kann und dann durch Lichtstrahlung ausgelöst werden kann, wodurch die Beschädigung des umgebenden Gewebes während der Behandlung minimiert wird. [63]

Bei Aufnahme durch Krebszellen und Lichtstrahlung Die Reaktion, die reaktiven Sauerstoff erzeugt, schädigt die DNA, Proteine ​​und Lipide, aus denen die Krebszelle besteht. Diese Zellschädigung zwingt die Krebszelle zur Apoptose, was zu einer Verkleinerung eines Tumors führen kann. Nach Beendigung der Lichtbestrahlung absorbiert das Fulleren die freien Radikale, um Schäden an anderen Geweben zu verhindern. [64] Da sich diese Behandlung auf Krebszellen konzentriert, ist sie eine gute Option für Patienten, deren Krebszellen für Lichtstrahlen geeignet sind. Wenn diese Forschung fortfährt, kann die Behandlung tiefer in den Körper eindringen und von Krebszellen wirksamer absorbiert werden. [60]


Sicherheit und Toxizität [ [19]



Lalwani et al. veröffentlichten 2013 einen umfassenden Überblick über die Fullerentoxizität. [59] Diese Autoren geben einen Überblick über die Arbeiten zur Fullerentoxizität ab Anfang der 1990er Jahre und schließen daraus, dass nur sehr wenige Beweise seit der Entdeckung der Fullerene auf C 60 schließen lassen ] ist giftig. Die Toxizität dieser Kohlenstoff
Nanopartikel sind nicht nur dosis- und zeitabhängig, sondern hängen auch von einer Reihe anderer Faktoren ab, wie zB:


  • Typ (zB: C 60 C 70 M @ C 60 M @ C 82

  • verwendete Funktionsgruppen Diese Nanopartikel werden mit Wasser solubilisiert (z. B. OH, COOH).

  • Verabreichungsmethode (z. B. intravenös, intraperitoneal)

Die Autoren empfehlen daher, die Pharmakologie jedes neuen Komplexkomplexes auf Fullerene- oder Metallofulleren-Basis einzeln als eine andere Verbindung zu bewerten .


Populäre Kultur [ edit ]


Beispiele für Fullerene in der Populärkultur sind zahlreich. Fullerene erschienen in der Fiktion lange bevor sich die Wissenschaftler ernsthaft für sie interessierten. In einer humorvoll spekulativen Kolumne von 1966 für New Scientist schlug David Jones vor, dass es möglich sein könnte, riesige hohle Kohlenstoffmoleküle durch Verzerrung eines ebenen hexagonalen Netzes durch die Zugabe von Fremdatomen zu erzeugen. [65] [65] [65]

Am 4. September 2010 verwendete Google ein interaktiv drehbares Fulleren [66] C 60 als zweites "o" in seinem Logo, um den 25. Jahrestag der Entdeckung der Fullerene zu feiern. [19659162] Siehe auch [ edit ]


Referenzen [ ]



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