Φουλερένια στη φύση. Γνωστές αλλοτροπικές μορφές άνθρακα

Fullerene C 60

Fullerene C 540

Φουλερένια, buckyballsή buckyballs- μοριακές ενώσεις που ανήκουν στην κατηγορία των αλλοτροπικών μορφών άνθρακα (άλλες είναι διαμάντι, καρβίνη και γραφίτης) και αντιπροσωπεύουν κυρτά κλειστά πολύεδρα, που αποτελούνται από ζυγό αριθμό τριών συντεταγμένων ατόμων άνθρακα. Αυτές οι συνδέσεις οφείλουν το όνομά τους στον μηχανικό και σχεδιαστή Richard Buckminster Fuller, του οποίου οι γεωδαιτικές δομές είναι χτισμένες πάνω σε αυτή την αρχή. Αρχικά, αυτή η κατηγορία αρθρώσεων περιοριζόταν σε δομές που περιείχαν μόνο πενταγωνικές και εξαγωνικές όψεις. Σημειώστε ότι για την ύπαρξη ενός τέτοιου κλειστού πολυέδρου που κατασκευάστηκε από nκορυφές που σχηματίζουν μόνο πενταγωνικές και εξαγωνικές όψεις, σύμφωνα με το θεώρημα του Euler για τα πολύεδρα, το οποίο επιβεβαιώνει την εγκυρότητα της ισότητας | n | − | μι | + | φά | = 2 (όπου | n | , | μι| και | φά| αντίστοιχα, ο αριθμός των κορυφών, των ακμών και των όψεων), απαραίτητη προϋπόθεσηείναι η παρουσία ακριβώς 12 πενταγωνικών όψεων και n/ 2 − 10 εξαγωνικές όψεις. Εάν το μόριο φουλλερενίου, εκτός από τα άτομα άνθρακα, περιλαμβάνει άτομα άλλων χημικών στοιχείων, τότε εάν τα άτομα άλλων χημικών στοιχείων βρίσκονται μέσα στον κλωβό άνθρακα, τέτοια φουλλερένια ονομάζονται ενδοεδρικά, εάν είναι έξω - εξωεδρικά.

Η ιστορία της ανακάλυψης των φουλερενίων

Δομικές ιδιότητες των φουλλερενίων

Στα μόρια του φουλερενίου, τα άτομα άνθρακα βρίσκονται στις κορυφές των κανονικών εξαγώνων και πενταγώνων, τα οποία σχηματίζουν την επιφάνεια μιας σφαίρας ή ενός ελλειψοειδούς. Ο πιο συμμετρικός και πιο πλήρως μελετημένος εκπρόσωπος της οικογένειας του φουλερενίου είναι το φουλλερένιο (C 60), στο οποίο τα άτομα άνθρακα σχηματίζουν ένα κολοβωμένο εικοσάεδρο, που αποτελείται από 20 εξάγωνα και 12 πεντάγωνα και μοιάζει με μπάλα ποδοσφαίρου. Δεδομένου ότι κάθε άτομο άνθρακα του φουλερενίου C 60 ανήκει ταυτόχρονα σε δύο εξάγωνα και ένα πεντάγωνο, τότε όλα τα άτομα στο C 60 είναι ισοδύναμα, κάτι που επιβεβαιώνεται από το φάσμα πυρηνικού μαγνητικού συντονισμού (NMR) του ισοτόπου 13 C - περιέχει μόνο μία γραμμή. Ωστόσο, δεν έχουν όλοι οι δεσμοί C-C το ίδιο μήκος. Ο δεσμός C=C, που είναι κοινή πλευράγια δύο εξάγωνα, είναι 1,39 και Σύνδεση C-C, κοινό για ένα εξάγωνο και ένα πεντάγωνο, είναι μεγαλύτερο και ισούται με 1,44 Å. Επιπλέον, ο δεσμός του πρώτου τύπου είναι διπλός και ο δεύτερος είναι απλός, ο οποίος είναι απαραίτητος για τη χημεία του C 60 φουλερενίου.

Το επόμενο πιο κοινό είναι το φουλερένιο C 70, το οποίο διαφέρει από το φουλερένιο C 60 με την εισαγωγή μιας ζώνης 10 ατόμων άνθρακα στην ισημερινή περιοχή C 60, με αποτέλεσμα το μόριο C 70 να επιμηκύνεται και να μοιάζει με μπάλα ράγκμπι. σχήμα.

Τα λεγόμενα ανώτερα φουλερένια που περιέχουν περισσότεροάτομα άνθρακα (έως 400), σχηματίζονται σε πολύ μικρότερες ποσότητες και συχνά έχουν μάλλον πολύπλοκη ισομερή σύνθεση. Μεταξύ των πιο μελετημένων ανώτερων φουλερενίων, μπορεί κανείς να ξεχωρίσει το C n , n=74, 76, 78, 80, 82 και 84.

Σύνθεση φουλλερενίων

Τα πρώτα φουλλερένια απομονώθηκαν από συμπυκνωμένους ατμούς γραφίτη που ελήφθησαν με ακτινοβολία λέιζερ δειγμάτων στερεού γραφίτη. Μάλιστα ήταν ίχνη της ουσίας. Επόμενο σημαντικό βήμακατασκευάστηκε το 1990 από τους W. Kretschmer, Lamb, D. Huffman και άλλους, οι οποίοι ανέπτυξαν μια μέθοδο για τη λήψη ποσοτήτων γραμμαρίων φουλλερενίων με καύση ηλεκτροδίων γραφίτη σε ηλεκτρικό τόξο σε ατμόσφαιρα ηλίου σε χαμηλές πιέσεις. . Κατά τη διαδικασία της διάβρωσης της ανόδου, αιθάλη που περιέχει μια ορισμένη ποσότητα φουλερενίων κατακάθεται στα τοιχώματα του θαλάμου. Στη συνέχεια, κατέστη δυνατή η επιλογή των βέλτιστων παραμέτρων εξάτμισης ηλεκτροδίων (πίεση, ατμοσφαιρική σύνθεση, ρεύμα, διάμετρος ηλεκτροδίου), στις οποίες επιτυγχάνεται η υψηλότερη απόδοση φουλλερενίων, κατά μέσο όρο 3–12% του υλικού της ανόδου, που τελικά καθορίζει την υψηλή κόστος φουλερενίων.

Στην αρχή, όλες οι προσπάθειες των πειραματιστών να βρουν φθηνότερες και πιο παραγωγικές μεθόδους για την απόκτηση ποσοτήτων γραμμάρια φουλλερενίων (καύση υδρογονανθράκων σε φλόγα, χημική σύνθεση κ.λπ.) δεν οδήγησαν σε επιτυχία και η μέθοδος «τόξου» παρέμεινε η πιο παραγωγική. για μεγάλο χρονικό διάστημα (η παραγωγικότητα είναι περίπου 1 g/h) . Στη συνέχεια, η Mitsubishi κατάφερε να ιδρύσει εργοστασιακή παραγωγήφουλλερένια με καύση υδρογονανθράκων, αλλά τέτοια φουλλερένια περιέχουν οξυγόνο και επομένως η μέθοδος τόξου εξακολουθεί να είναι η μόνη κατάλληλη μέθοδος για τη λήψη καθαρών φουλερενίων.

Ο μηχανισμός σχηματισμού φουλλερενίου στο τόξο παραμένει ακόμη ασαφής, καθώς οι διεργασίες που συμβαίνουν στην περιοχή καύσης του τόξου είναι θερμοδυναμικά ασταθείς, γεγονός που περιπλέκει πολύ τη θεωρητική τους εξέταση. Διαπιστώθηκε αδιαμφισβήτητα μόνο ότι το φουλερένιο συναρμολογείται από μεμονωμένα άτομα άνθρακα (ή θραύσματα C2). Για απόδειξη, χρησιμοποιήθηκε γραφίτης υψηλής καθαρότητας 13 C ως ηλεκτρόδιο ανόδου, το άλλο ηλεκτρόδιο κατασκευάστηκε από συνηθισμένο γραφίτη 12 C. Μετά την εκχύλιση φουλλερενίων, δείχθηκε με NMR ότι τα άτομα 12 C και 13 C βρίσκονται τυχαία στο επιφάνεια του φουλερενίου. Αυτό υποδηλώνει τη διάσπαση του υλικού γραφίτη σε μεμονωμένα άτομα ή θραύσματα του ατομικού επιπέδου και την επακόλουθη συναρμολόγησή τους σε ένα μόριο φουλερενίου. Αυτή η περίσταση κατέστησε αναγκαία την εγκατάλειψη της οπτικής εικόνας του σχηματισμού φουλλερενίων ως αποτέλεσμα της αναδίπλωσης των ατομικών στρωμάτων γραφίτη σε κλειστές σφαίρες.

Μια σχετικά ταχεία αύξηση του συνολικού αριθμού εγκαταστάσεων για την παραγωγή φουλερενίων και η συνεχής εργασία για τη βελτίωση των μεθόδων καθαρισμού τους οδήγησαν σε σημαντική μείωση του κόστους του C 60 τα τελευταία 17 χρόνια - από 10.000 $ σε 10-15 $ ανά γραμμάριο, που τους έφερε στα όρια της πραγματικής βιομηχανικής τους χρήσης.

Δυστυχώς, παρά τη βελτιστοποίηση της μεθόδου Huffman-Kretchmer (HK), δεν είναι δυνατό να αυξηθεί η απόδοση των φουλερενίων περισσότερο από 10-20% της συνολικής μάζας του καμένου γραφίτη. Λαμβάνοντας υπόψη το σχετικά υψηλό κόστος του αρχικού προϊόντος, του γραφίτη, γίνεται σαφές ότι αυτή η μέθοδος έχει θεμελιώδεις περιορισμούς. Πολλοί ερευνητές πιστεύουν ότι δεν θα είναι δυνατό να μειωθεί το κόστος των φουλερενίων που λαμβάνονται με τη μέθοδο XC κάτω από μερικά δολάρια ανά γραμμάριο. Ως εκ τούτου, οι προσπάθειες μιας σειράς ερευνητικών ομάδων στοχεύουν στην εύρεση εναλλακτικών μεθόδων για τη λήψη φουλερενίων. Τη μεγαλύτερη επιτυχία στον τομέα αυτό σημείωσε η εταιρεία Mitsubishi, η οποία, όπως προαναφέρθηκε, κατάφερε να καθιερώσει τη βιομηχανική παραγωγή φουλερενίων καίγοντας υδρογονάνθρακες στη φλόγα. Το κόστος τέτοιων φουλλερενίων είναι περίπου $5/γραμμάριο (2005), το οποίο δεν επηρέασε το κόστος των φουλερενίων ηλεκτρικού τόξου.

Πρέπει να σημειωθεί ότι το υψηλό κόστος των φουλερενίων καθορίζεται όχι μόνο από τη χαμηλή τους απόδοση κατά την καύση γραφίτη, αλλά και από τη δυσκολία απομόνωσης, καθαρισμού και διαχωρισμού φουλλερενίων διαφόρων μαζών από αιθάλη. Η συνήθης προσέγγιση είναι η εξής: η αιθάλη που λαμβάνεται με την καύση γραφίτη αναμιγνύεται με τολουόλιο ή άλλο οργανικό διαλύτη (ικανός να διαλύει αποτελεσματικά τα φουλερένια), στη συνέχεια το μείγμα διηθείται ή φυγοκεντρείται και το υπόλοιπο διάλυμα εξατμίζεται. Μετά την απομάκρυνση του διαλύτη, παραμένει ένα σκούρο λεπτό κρυσταλλικό ίζημα - ένα μείγμα φουλλερενίων, που συνήθως ονομάζεται φουλερίτης. Η σύνθεση του φουλερίτη περιλαμβάνει διάφορους κρυσταλλικούς σχηματισμούς: μικροί κρύσταλλοι μορίων C 60 και C 70 και κρύσταλλοι C 60 / C 70 είναι στερεά διαλύματα. Επιπλέον, ο φουλερίτης περιέχει πάντα μια μικρή ποσότητα υψηλότερων φουλερενίων (έως και 3%). Ο διαχωρισμός ενός μίγματος φουλλερενίων σε μεμονωμένα μοριακά κλάσματα πραγματοποιείται χρησιμοποιώντας υγρή χρωματογραφία σε στήλες και υγρή χρωματογραφία υψηλής πίεσης (HPLC). Το τελευταίο χρησιμοποιείται κυρίως για την ανάλυση της καθαρότητας των απομονωμένων φουλερενίων, καθώς η αναλυτική ευαισθησία της μεθόδου HPLC είναι πολύ υψηλή (έως 0,01%). Τέλος, το τελευταίο στάδιο είναι η απομάκρυνση των υπολειμμάτων διαλύτη από το στερεό δείγμα φουλλερενίου. Πραγματοποιείται διατηρώντας το δείγμα σε θερμοκρασία 150-250 o C σε δυναμικό κενό (περίπου 0,1 Torr).

Φυσικές ιδιότητες και εφαρμοσμένη αξία φουλερενίων

Φουλερίτες

Τα συμπυκνωμένα συστήματα που αποτελούνται από μόρια φουλλερενίου ονομάζονται φουλερίτες. Το πιο μελετημένο σύστημα αυτού του είδους είναι ο κρύσταλλος C 60, λιγότερο - το κρυσταλλικό σύστημα C 70. Οι μελέτες κρυστάλλων ανώτερων φουλερενίων παρεμποδίζονται από την πολυπλοκότητα της παρασκευής τους. Τα άτομα άνθρακα σε ένα μόριο φουλλερενίου συνδέονται με δεσμούς σ- και π, ενώ δεν υπάρχει χημικός δεσμός (με τη συνήθη έννοια της λέξης) μεταξύ μεμονωμένων μορίων φουλερενίου σε έναν κρύσταλλο. Επομένως, σε ένα συμπυκνωμένο σύστημα, τα μεμονωμένα μόρια διατηρούν την ατομικότητά τους (η οποία είναι σημαντική όταν εξετάζουμε την ηλεκτρονική δομή ενός κρυστάλλου). Τα μόρια συγκρατούνται στον κρύσταλλο από τις δυνάμεις van der Waals, οι οποίες καθορίζουν σε μεγάλο βαθμό τις μακροσκοπικές ιδιότητες του στερεού C 60 .

Σε θερμοκρασίες δωματίου, ο κρύσταλλος C 60 έχει ένα επικεντρωμένο κυβικό πλέγμα (fcc) με σταθερά 1,415 nm, αλλά καθώς η θερμοκρασία μειώνεται, συμβαίνει μια μετάβαση φάσης πρώτης τάξης (T cr ≈ 260 K) και ο κρύσταλλος C 60 αλλάζει τη δομή του σε απλό κυβικό (σταθερά πλέγματος 1.411 nm) . Σε μια θερμοκρασία T > Tcr, τα μόρια C 60 περιστρέφονται τυχαία γύρω από το κέντρο ισορροπίας τους και όταν πέσει σε μια κρίσιμη θερμοκρασία, οι δύο άξονες περιστροφής παγώνουν. Το πλήρες πάγωμα των περιστροφών συμβαίνει στους 165 K. Κρυσταλλική δομή C 70 σε θερμοκρασίες της τάξης της θερμοκρασίας δωματίου μελετήθηκε λεπτομερώς στην εργασία. Όπως προκύπτει από τα αποτελέσματα αυτής της εργασίας, οι κρύσταλλοι αυτού του τύπουέχουν ένα πλέγμα με επίκεντρο το σώμα (bcc) με μικρή πρόσμιξη της εξαγωνικής φάσης.

Μη γραμμικές οπτικές ιδιότητες φουλερενίων

Μια ανάλυση της ηλεκτρονικής δομής των φουλερενίων δείχνει την παρουσία συστημάτων π-ηλεκτρονίων, για τα οποία υπάρχουν μεγάλες τιμές της μη γραμμικής επιδεκτικότητας. Τα φουλερένια έχουν πράγματι μη γραμμικά οπτικές ιδιότητες. Ωστόσο, λόγω της υψηλής συμμετρίας του μορίου C 60, η δεύτερη αρμονική παραγωγή είναι δυνατή μόνο όταν εισάγεται ασυμμετρία στο σύστημα (για παράδειγμα, από ένα εξωτερικό ηλεκτρικό πεδίο). Από πρακτική άποψη, η υψηλή ταχύτητα (~250 ps), που καθορίζει την καταστολή της δεύτερης αρμονικής γενιάς, είναι ελκυστική. Επιπλέον, τα φουλλερένια C 60 είναι επίσης ικανά να παράγουν την τρίτη αρμονική.

Ένας άλλος πιθανός τομέας για τη χρήση φουλερενίων και, πρώτα απ 'όλα, C 60 είναι τα οπτικά παντζούρια. Η δυνατότητα χρήσης αυτού του υλικού για μήκος κύματος 532 nm έχει αποδειχθεί πειραματικά. Ο σύντομος χρόνος απόκρισης καθιστά δυνατή τη χρήση φουλερενίων ως περιοριστές ακτινοβολίας λέιζερ και διακόπτες Q. Ωστόσο, για διάφορους λόγους, είναι δύσκολο για τα φουλερένια να ανταγωνιστούν εδώ τα παραδοσιακά υλικά. Υψηλή τιμή, δυσκολίες με τη διασπορά των φουλερενίων στα ποτήρια, την ικανότητα ταχείας οξείδωσης στον αέρα, μη καταγεγραμμένους συντελεστές μη γραμμικής ευαισθησίας, υψηλό περιοριστικό όριο οπτική ακτινοβολία(δεν είναι κατάλληλο για προστασία ματιών) δημιουργούν σοβαρές δυσκολίεςέναντι ανταγωνιστικών υλικών.

Κβαντομηχανική και φουλερένιο

Ενυδατωμένο φουλερένιο (HyFn); (C 60 @ (H 2 O) n)

Υδατικό διάλυμα C 60 HyFn

Το ενυδατωμένο C 60 - C 60 HyFn φουλερένιο είναι ένα ισχυρό, υδρόφιλο υπερμοριακό σύμπλοκο που αποτελείται από ένα μόριο φουλερενίου C 60 που περικλείεται στο πρώτο κέλυφος ενυδάτωσης, το οποίο περιέχει 24 μόρια νερού: C 60 @(H 2 O) 24 . Το κέλυφος ενυδάτωσης σχηματίζεται λόγω της αλληλεπίδρασης δότη-δέκτη μεμονωμένων ζευγών μορίων οξυγόνου στο νερό με κέντρα δέκτη ηλεκτρονίων στην επιφάνεια του φουλερενίου. Ταυτόχρονα, τα μόρια του νερού που είναι προσανατολισμένα κοντά στην επιφάνεια του φουλλερενίου διασυνδέονται με ένα ογκομετρικό δίκτυο δεσμών υδρογόνου. Το μέγεθος του C 60 HyFn αντιστοιχεί σε 1,6-1,8 nm. Επί του παρόντος, η μέγιστη συγκέντρωση του C 60, με τη μορφή του C 60 HyFn, που έχει δημιουργηθεί στο νερό είναι ισοδύναμη με 4 mg/ml. Φωτογραφία υδατικού διαλύματος C 60 HyFn με συγκέντρωση C 60 0,22 mg/ml δεξιά.

Το φουλερένιο ως υλικό για τεχνολογία ημιαγωγών

Ένας μοριακός κρύσταλλος φουλλερενίου είναι ένας ημιαγωγός με διάκενο ζώνης ~1,5 eV και οι ιδιότητές του είναι σε μεγάλο βαθμό παρόμοιες με εκείνες άλλων ημιαγωγών. Ως εκ τούτου, ένας αριθμός μελετών έχει συσχετιστεί με τη χρήση φουλλερενίων ως νέο υλικό για παραδοσιακές εφαρμογές στα ηλεκτρονικά: μια δίοδος, ένα τρανζίστορ, ένα φωτοκύτταρο κ.λπ. Εδώ, το πλεονέκτημά τους έναντι του παραδοσιακού πυριτίου είναι ο σύντομος χρόνος φωτοαπόκρισης (μονάδες ns). Ωστόσο, η επίδραση του οξυγόνου στην αγωγιμότητα των μεμβρανών φουλλερενίου αποδείχθηκε ότι ήταν ένα σημαντικό μειονέκτημα και, κατά συνέπεια, προέκυψε ανάγκη για προστατευτικές επικαλύψεις. Υπό αυτή την έννοια, είναι πιο ελπιδοφόρα η χρήση του μορίου φουλλερενίου ως ανεξάρτητης συσκευής νανοκλίμακας και, ειδικότερα, ως στοιχείο ενίσχυσης.

Το φουλερένιο ως φωτοανθεκτικό

Υπό τη δράση της ορατής (> 2 eV), της υπεριώδους ακτινοβολίας και της ακτινοβολίας μικρότερου μήκους κύματος, τα φουλλερένια πολυμερίζονται και σε αυτή τη μορφή δεν διαλύονται από οργανικούς διαλύτες. Ως απεικόνιση της χρήσης ενός φωτοανθεκτικού φουλερενίου, μπορεί κανείς να δώσει ένα παράδειγμα λήψης ανάλυσης υπομικρών (≈20 nm) με χάραξη πυριτίου με δέσμη ηλεκτρονίων χρησιμοποιώντας μια μάσκα πολυμερισμένου φιλμ C 60.

Πρόσθετα φουλερενίου για την ανάπτυξη ταινιών διαμαντιών με τη μέθοδο CVD

Μια άλλη ενδιαφέρουσα πιθανότητα Πρακτική εφαρμογηείναι η χρήση προσθέτων φουλερενίου στην ανάπτυξη μεμβρανών διαμαντιών με τη μέθοδο CVD (Chemical Vapor Deposition). Η εισαγωγή φουλλερενίων στην αέρια φάση είναι αποτελεσματική από δύο απόψεις: αύξηση του ρυθμού σχηματισμού πυρήνων διαμαντιού στο υπόστρωμα και παροχή δομικών στοιχείων από την αέρια φάση στο υπόστρωμα. Θραύσματα C 2 λειτουργούν ως δομικά στοιχεία, τα οποία αποδείχθηκαν κατάλληλο υλικό για την ανάπτυξη μιας μεμβράνης διαμαντιού. Έχει αποδειχθεί πειραματικά ότι ο ρυθμός ανάπτυξης των μεμβρανών διαμαντιού φτάνει τα 0,6 μm/h, που είναι 5 φορές υψηλότερος από ό,τι χωρίς τη χρήση φουλερενίων. Για πραγματικό ανταγωνισμό μεταξύ διαμαντιών και άλλων ημιαγωγών στη μικροηλεκτρονική, είναι απαραίτητο να αναπτυχθεί μια μέθοδος ετεροεπιτάξεως φιλμ διαμαντιών, αλλά η ανάπτυξη μονοκρυσταλλικών μεμβρανών σε μη διαμαντένια υποστρώματα παραμένει ένα άλυτο πρόβλημα. Ενας από πιθανούς τρόπουςΗ λύση σε αυτό το πρόβλημα είναι η χρήση ενός ρυθμιστικού στρώματος φουλερενίων μεταξύ του υποστρώματος και της μεμβράνης διαμαντιού. Προϋπόθεση για έρευνα προς αυτή την κατεύθυνση είναι η καλή πρόσφυση των φουλερενίων στα περισσότερα υλικά. Αυτές οι διατάξεις είναι ιδιαίτερα σημαντικές σε σχέση με την εντατική έρευνα για τα διαμάντια για τη χρήση τους στη μικροηλεκτρονική επόμενης γενιάς. Υψηλή απόδοση (υψηλή κορεσμένη ταχύτητα μετατόπισης). Η υψηλότερη θερμική αγωγιμότητα και η υψηλότερη χημική αντίσταση από οποιοδήποτε γνωστό υλικό καθιστούν το διαμάντι ένα πολλά υποσχόμενο υλικό για την επόμενη γενιά ηλεκτρονικών.

Υπεραγώγιμες ενώσεις με C 60

Οι μοριακοί κρύσταλλοι φουλλερενίου είναι ημιαγωγοί, ωστόσο, στις αρχές του 1991 διαπιστώθηκε ότι το ντόπινγκ στερεού C 60 με μια μικρή ποσότητα μετάλλου αλκαλίου οδηγεί στο σχηματισμό ενός υλικού με μεταλλική αγωγιμότητα, το οποίο σε χαμηλές θερμοκρασίες περνά σε έναν υπεραγωγό. Το ντόπινγκ με 60 παράγεται με επεξεργασία κρυστάλλων με μεταλλικό ατμό σε θερμοκρασίες αρκετών εκατοντάδων βαθμών Κελσίου. Σε αυτή την περίπτωση, σχηματίζεται μια δομή του τύπου X 3 C 60 (το Χ είναι άτομο αλκαλιμετάλλου). Το πρώτο παρεμβαλλόμενο μέταλλο ήταν το κάλιο. Η μετάβαση της ένωσης K 3 C 60 στην υπεραγώγιμη κατάσταση λαμβάνει χώρα σε θερμοκρασία 19 K. Αυτή είναι μια τιμή ρεκόρ για τους μοριακούς υπεραγωγούς. Σύντομα διαπιστώθηκε ότι πολλοί φουλερίτες εμποτισμένοι με άτομα διαθέτουν υπεραγωγιμότητα. αλκαλιμέταλλασε αναλογία είτε X 3 C 60 είτε XY 2 C 60 (Χ, Υ - άτομα αλκαλιμετάλλου). Ο κάτοχος του ρεκόρ μεταξύ των υπεραγωγών υψηλής θερμοκρασίας (HTSC) αυτών των τύπων ήταν ο RbCs 2 C 60 - του T cr = 33 K.

Επίδραση μικρών προσθέτων αιθάλης φουλερενίου στις αντιτριβικές και αντιφθορικές ιδιότητες του PTFE

Θα πρέπει να σημειωθεί ότι η παρουσία του C 60 φουλλερενίου στα ορυκτά λιπαντικά προκαλεί το σχηματισμό μιας προστατευτικής μεμβράνης πλήρους διαστάσεων φουλλερενίου πάχους 100 nm στις επιφάνειες του αντίθετου σώματος. Το διαμορφωμένο φιλμ προστατεύει από τη θερμική και οξειδωτική υποβάθμιση, αυξάνει τη διάρκεια ζωής των μονάδων τριβής σε καταστάσεις έκτακτης ανάγκης κατά 3-8 φορές, τη θερμική σταθερότητα των λιπαντικών έως 400-500ºС και τη φέρουσα ικανότητα των μονάδων τριβής κατά 2-3 φορές, επεκτείνει το Το εύρος πίεσης εργασίας των μονάδων τριβής κατά 1,5 -2 φορές, μειώνει το χρόνο λειτουργίας των σωμάτων μετρητών.

Άλλες εφαρμογές φουλερενίων

Άλλες ενδιαφέρουσες εφαρμογές περιλαμβάνουν συσσωρευτές και ηλεκτρικές μπαταρίες, στις οποίες χρησιμοποιούνται πρόσθετα φουλερενίου με τον ένα ή τον άλλο τρόπο. Αυτές οι μπαταρίες βασίζονται σε καθόδους λιθίου που περιέχουν παρεμβαλλόμενα φουλλερένια. Τα φουλερένια μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν ως πρόσθετα για την παραγωγή τεχνητών διαμαντιών χρησιμοποιώντας τη μέθοδο υψηλής πίεσης. Σε αυτή την περίπτωση, η απόδοση των διαμαντιών αυξάνεται κατά ≈30%. Τα φουλερένια μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν στη φαρμακευτική για τη δημιουργία νέων φαρμάκων. Επιπλέον, τα φουλλερένια έχουν βρει εφαρμογή ως πρόσθετα σε διογκούμενα (διογκούμενα) πυρίμαχα χρώματα. Λόγω της εισαγωγής φουλερενίων, το χρώμα διογκώνεται υπό την επίδραση της θερμοκρασίας κατά τη διάρκεια μιας πυρκαγιάς, σχηματίζεται ένα μάλλον πυκνό στρώμα αφρού-κοκ, το οποίο αυξάνει αρκετές φορές τον χρόνο θέρμανσης στην κρίσιμη θερμοκρασία των προστατευμένων δομών. Επίσης, τα φουλερένια και τα διάφορα χημικά τους παράγωγα χρησιμοποιούνται σε συνδυασμό με πολυσυζευγμένα ημιαγώγιμα πολυμερή για την κατασκευή ηλιακών κυψελών.

Χημικές ιδιότητες των φουλερενίων

Τα φουλερένια, παρά την απουσία ατόμων υδρογόνου, τα οποία μπορούν να αντικατασταθούν όπως στην περίπτωση των συμβατικών

Τα φουλερένια υπάρχουν παντού στη Φύση, και ειδικά όπου υπάρχει άνθρακας και υψηλές ενέργειες. Υπάρχουν κοντά σε αστέρια άνθρακα, στο διαστρικό διάστημα, σε μέρη όπου χτυπάει κεραυνός, κοντά σε κρατήρες ηφαιστείων και σχηματίζονται όταν καίγεται αέριο σε μια οικιακή σόμπα αερίου ή στη φλόγα ενός συνηθισμένου αναπτήρα.

Τα φουλερένια βρίσκονται επίσης σε σημεία συσσώρευσης αρχαίων πετρωμάτων άνθρακα. Ιδιαίτερο μέροςανήκει στα ορυκτά της Καρελίας - σουνγκίτης. Αυτά τα πετρώματα, που περιέχουν έως και 80% καθαρό άνθρακα, είναι περίπου 2 δισεκατομμυρίων ετών. Η φύση της προέλευσής τους δεν είναι ακόμη σαφής. Μία από τις υποθέσεις είναι η πτώση ενός μεγάλου μετεωρίτη άνθρακα.

Το Fullerenes in Shungites Stone είναι ένα θέμα που συζητείται ευρέως σε πολλούς έντυπες εκδόσειςκαι σε ιστοσελίδες. Υπάρχουν πολλές αντικρουόμενες απόψεις σχετικά με αυτό το θέμα, σε σχέση με τις οποίες τόσο οι αναγνώστες όσο και οι χρήστες προϊόντων shungite έχουν πολλές ερωτήσεις. Περιέχουν πράγματι οι σουνγκίτες τη μοριακή μορφή άνθρακα - φουλερένια; Περιέχουν φουλερένια τα φαρμακευτικά «Marcial waters»; Είναι δυνατόν να πίνετε νερό εμποτισμένο με σουνγκίτη και ποιο θα είναι το όφελος από αυτό; Με βάση την εμπειρία μας από την επιστημονική έρευνα για τις ιδιότητες των διάφορων σουνγκιτών, παρακάτω παρουσιάζουμε τη γνώμη μας για αυτές και μερικές άλλες συχνές ερωτήσεις.

Επί του παρόντος, τα προϊόντα που κατασκευάζονται με χρήση σουνγκίτη Καρελίας έχουν γίνει ευρέως διαδεδομένα. Πρόκειται για διάφορα φίλτρα επεξεργασίας νερού, πυραμίδες, μενταγιόν, προϊόντα που προστατεύουν από την ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία, πάστες και απλά χαλίκι σουνγκίτη και πολλά άλλα είδη προϊόντων που προσφέρονται ως προληπτικά, θεραπευτικά και βελτιωτικά μέσα της υγείας. Ταυτόχρονα, κατά κανόνα, τα τελευταία χρόνιαφαρμακευτικές ιδιότητες διάφορα είδηοι σουνγκίτες αποδίδονται στα φουλλερένια που περιέχονται σε αυτούς.

Λίγο μετά την ανακάλυψη των φουλερενίων το 1985, το ενεργή αναζήτησητους στη φύση. Φουλερένια έχουν βρεθεί στον καρελικό σουνγκίτη, όπως αναφέρεται σε διάφορες επιστημονικές δημοσιεύσεις. Με τη σειρά μας, έχουμε αναπτύξει εναλλακτικές μεθοδολογικές προσεγγίσεις για την απομόνωση των φουλερενίων από τους σουνγκίτες και την απόδειξη της παρουσίας τους. Οι μελέτες ανέλυσαν δείγματα που ελήφθησαν σε διαφορετικές περιοχές του Zaonezhye, όπου εμφανίζονται πετρώματα σουνγκίτη. Πριν από την ανάλυση, τα δείγματα σουνγκίτη συνθλίβονται σε κατάσταση μικροδιασποράς.

Θυμηθείτε ότι οι shungites είναι ένα διάτρητο πυριτικό πλέγμα, τα κενά του οποίου γεμίζουν με άνθρακα shungite, ο οποίος στη δομή του είναι ένα ενδιάμεσο προϊόν μεταξύ άμορφου άνθρακα και γραφίτη. Επίσης στον άνθρακα σουνγκίτη υπάρχουν φυσικές οργανικές ενώσεις χαμηλού και υψηλού μοριακού βάρους (NONVS) ενός ανεξήγητου χημική σύνθεση. Οι σουνγκίτες διαφέρουν ως προς τη σύνθεση της ορυκτής βάσης (αλουμινοπυριτικό, πυριτικό, ανθρακικό) και τη σύνθεση του άνθρακα σουνγκίτη. Οι σουνγκίτες υποδιαιρούνται σε χαμηλού άνθρακα (έως 5% C), μεσαίου άνθρακα (5-25% C) και υψηλής περιεκτικότητας σε άνθρακα (25-80% C). Μετά την πλήρη καύση του σουνγκίτη στις στάχτες, εκτός από το πυρίτιο, βρίσκονται Fe, Ni, Ca, Mg, Zn, Cd, V, Mo, Cu, Ce, As, W και άλλα στοιχεία.

Το φουλερένιο σε άνθρακα σουνγκίτη έχει τη μορφή ειδικών, πολικών συμπλεγμάτων δότη-δέκτη με PONVS. Επομένως, η αποτελεσματική εξαγωγή φουλλερενίων από αυτό με οργανικούς διαλύτες, για παράδειγμα, τολουόλιο, στο οποίο τα φουλλερένια είναι εξαιρετικά διαλυτά, δεν συμβαίνει και η επιλογή μιας τέτοιας μεθόδου εκχύλισης συχνά οδηγεί σε αντικρουόμενα αποτελέσματα σχετικά με την πραγματική παρουσία φουλλερενίων στον σουνγκίτη .

Από αυτή την άποψη, έχουμε αναπτύξει μια μέθοδο για την εκχύλιση με υπερήχους μιας διασποράς σουνγκίτη με απορρυπαντικό νερού, ακολουθούμενη από τη μεταφορά φουλλερενίων από ένα πολικό μέσο σε μια φάση οργανικού διαλύτη. Μετά από πολλά στάδια εκχύλισης, συμπύκνωσης και καθαρισμού, είναι δυνατό να ληφθεί ένα διάλυμα σε εξάνιο, τα φάσματα UV και IR του οποίου είναι χαρακτηριστικά των φασμάτων του καθαρού C 60 φουλλερενίου. Επίσης, ένα σαφές σήμα στο φάσμα μάζας με m/z = 720 (Εικ. παρακάτω) είναι μια ξεκάθαρη επιβεβαίωση της παρουσίας μόνο φουλλερενίου С60 στους σουνγκίτες.

252 Cf-PD φάσμα μάζας εκχυλίσματος σουνγκίτη. Το σήμα στις 720 π.μ. είναι φουλλερένιο C60 και τα σήματα στα 696, 672 είναι χαρακτηριστικά ιόντα φουλερενίου κατακερματισμού C60 που σχηματίζονται υπό συνθήκες ιονισμού εκρόφησης πλάσματος.

Ωστόσο, διαπιστώσαμε ότι δεν περιέχει κάθε δείγμα σουνγκίτη φουλλερένια. Από όλα τα δείγματα σουνγκίτη που μας παρέχονται από το Ινστιτούτο Γεωλογίας του Καρελιανού Επιστημονικού Κέντρου της Ρωσικής Ακαδημίας Επιστημών (Petrozavodsk, Ρωσία) και επιλέχθηκαν από διαφορετικές περιοχές εμφάνισης πετρωμάτων σουνγκίτη, το φουλερένιο C 60 βρέθηκε μόνο σε ένα δείγμα Σουνγκίτης υψηλής περιεκτικότητας σε άνθρακα που περιέχει περισσότερο από 80% άνθρακα. Επιπλέον, περιείχε περίπου 0,04 wt. %. Από αυτό μπορούμε να συμπεράνουμε ότι δεν περιέχει κάθε δείγμα σουνγκίτη φουλλερένιο, τουλάχιστον στην ποσότητα που είναι διαθέσιμη για την ανίχνευσή του με σύγχρονες εξαιρετικά ευαίσθητες μεθόδους φυσικής και χημικής ανάλυσης.

Μαζί με αυτό, είναι ευρέως γνωστό ότι οι σουνγκίτες μπορούν να περιέχουν μια αρκετά μεγάλη ποσότητα ακαθαρσιών, συμπεριλαμβανομένων ιόντων βαρέων πολυσθενών μετάλλων. Και επομένως, το νερό που έχει εγχυθεί με σουνγκίτη μπορεί να περιέχει ανεπιθύμητες, τοξικές ακαθαρσίες.

Αλλά γιατί τότε το νερό Marcial (Καρελιανό φυσικό νερόπερνώντας μέσα από πετρώματα που φέρουν σουνγκίτη) έχει τόσο μοναδικές βιολογικές ιδιότητες. Θυμηθείτε ότι ακόμη και την εποχή του Πέτρου Α, και με προσωπική του πρωτοβουλία, άνοιξε η θεραπευτική πηγή "Marcial Waters" στην Καρελία (για περισσότερες λεπτομέρειες, βλ.). Για πολύ καιρό, κανείς δεν μπορούσε να εξηγήσει τον λόγο για τις ιδιαίτερες θεραπευτικές ιδιότητες αυτής της πηγής. Θεωρήθηκε ότι η αυξημένη περιεκτικότητα σε σίδηρο σε αυτά τα νερά είναι η αιτία των θεραπευτικών αποτελεσμάτων. Ωστόσο, υπάρχουν πολλές πηγές σιδήρου στη Γη, αλλά, κατά κανόνα, τα θεραπευτικά αποτελέσματα από την πρόσληψή τους είναι αρκετά περιορισμένα. Μόνο μετά την ανακάλυψη του φουλερενίου στα πετρώματα σουνγκίτη μέσα από τα οποία ρέει η πηγή, προέκυψε η υπόθεση ότι το φουλερένιο είναι ο κύριος λόγος, η πεμπτουσία της θεραπευτικής επίδρασης των πολεμικών νερών.

Πράγματι, το νερό που διέρχεται από τα στρώματα του "πλυμένου" βράχου σουνγκίτη για μεγάλο χρονικό διάστημα δεν περιέχει αξιόλογες ποσότητες επιβλαβών ακαθαρσιών. Το νερό είναι «κορεσμένο» με τη δομή που του δίνει ο βράχος. Το φουλερένιο που περιέχεται στον σουνγκίτη συμβάλλει στη διάταξη των υδάτινων δομών και στο σχηματισμό συστάδων ένυδρων που μοιάζουν με φουλερένιο σε αυτό και στην απόκτηση μοναδικών βιολογικών ιδιοτήτων των πολεμικών υδάτων. Ο σουνγκίτης ντοπαρισμένος με φουλερένιο είναι ένα είδος φυσικού δομοποιητή του νερού που διέρχεται από αυτόν. Ταυτόχρονα, κανείς δεν μπόρεσε ακόμη να ανιχνεύσει φουλλερένια στα νερά Marcial ή στην έγχυση νερού του σουνγκίτη: είτε δεν ξεπλένονται από σουνγκίτη, είτε εάν ξεπλυθούν, τότε σε τόσο λίγες ποσότητες που δεν ανιχνεύονται με οποιαδήποτε από τις γνωστές μεθόδους. Επιπλέον, είναι γνωστό ότι τα φουλερένια δεν διαλύονται αυθόρμητα στο νερό. Και αν τα μόρια φουλερενίου περιέχονταν στο πολεμικό νερό, τότε οι χρήσιμες ιδιότητές του θα διατηρούνταν για πολύ μεγάλο χρονικό διάστημα. Ωστόσο, είναι ενεργό μόνο για μικρό χρονικό διάστημα. Εκτός από το "λιωμένο νερό", κορεσμένο με συμπλέγματα, δομές που μοιάζουν με πάγο, το νερό Marcial, που περιέχει ζωογόνους δομές που μοιάζουν με φουλερένιο, διατηρεί τις ιδιότητές του μόνο για λίγες ώρες. Κατά την αποθήκευση του πολεμικού νερού, καθώς και κατά την αποθήκευση του νερού, τα διατεταγμένα σμήνη νερού αυτοκαταστρέφονται και το νερό αποκτά δομικές ιδιότητεςσαν συνηθισμένο νερό. Επομένως, δεν έχει νόημα να ρίχνουμε τέτοιο νερό σε δοχεία και να το αποθηκεύουμε για μεγάλο χρονικό διάστημα. Δεν διαθέτει ένα στοιχείο σχηματισμού δομής και υποστήριξης δομής, το φουλλερένιο C60 σε ενυδατωμένη κατάσταση, το οποίο είναι ικανό να διατηρεί διατεταγμένες συστάδες νερού για αυθαίρετα μεγάλο χρονικό διάστημα. Με άλλα λόγια, για να διατηρήσει το νερό για μεγάλο χρονικό διάστημα τις φυσικές του δομές συστάδων, είναι απαραίτητη η συνεχής παρουσία ενός παράγοντα διαμόρφωσης δομής σε αυτό. Για αυτό, το μόριο φουλλερενίου είναι το βέλτιστο, όπως έχουμε δει εδώ και πολλά χρόνια, μελετώντας τις μοναδικές ιδιότητες του ενυδατωμένου φουλερενίου C 60.

Όλα ξεκίνησαν το 1995, όταν αναπτύξαμε μια μέθοδο για τη λήψη μοριακών-κολλοειδών διαλυμάτων ένυδρων φουλερενίων σε νερό. Ταυτόχρονα, γνωρίσαμε ένα βιβλίο που μιλά για τις ασυνήθιστες ιδιότητες των Πολεμικών Νερών. Προσπαθήσαμε να αναπαράγουμε τη φυσική ουσία των Πολεμικών Νερών εργαστηριακές συνθήκες. Για αυτό χρησιμοποιήθηκε νερό υψηλού βαθμού καθαρισμού, στο οποίο, σύμφωνα με ειδική τεχνολογία, προστέθηκε ενυδατωμένο φουλερένιο C 60 σε πολύ μικρές δόσεις. Μετά από αυτό, άρχισαν να πραγματοποιούνται διάφορες βιολογικές δοκιμές σε επίπεδο μεμονωμένων βιομορίων, ζωντανών κυττάρων και ολόκληρο τον οργανισμό. Τα αποτελέσματα ήταν εκπληκτικά. Σχεδόν σε οποιαδήποτε παθολογία, βρήκαμε μόνο θετικές βιολογικές επιδράσεις της δράσης του νερού με ενυδατωμένο C 60 φουλλερένιο και τα αποτελέσματα της χρήσης του όχι μόνο συνέπεσαν εντελώς, αλλά υπερέβαιναν ακόμη και σε πολλές παραμέτρους, τα αποτελέσματα που περιγράφηκαν για τα πολεμικά ύδατα στο παρελθόν. Η εποχή του Πέτρου. Πολλές παθολογικές αλλαγές σε έναν ζωντανό οργανισμό υποχωρούν και επιστρέφει στην κανονική, υγιή του κατάσταση. Αλλά αυτό δεν είναι ένα φάρμακο στοχευμένης δράσης και όχι μια εξωγήινη χημική ένωση, αλλά απλώς μια μπάλα άνθρακα διαλυμένη στο νερό. Επιπλέον, έχει κανείς την εντύπωση ότι το ενυδατωμένο φουλερένιο C 60 βοηθά στην επιστροφή στο " κανονική κατάσταση» τυχόν αρνητικές αλλαγές στο σώμα λόγω της αποκατάστασης και διατήρησης των δομών που δημιούργησε, ως μήτρα, στη διαδικασία της γέννησης της ζωής.

Επομένως, προφανώς, δεν είναι τυχαίο ότι ο Orlov A.D. στο βιβλίο του «Σουνγκίτης – μια πέτρα καθαρό νερό., συγκρίνοντας τις ιδιότητες των σουνγκιτών και των φουλερενίων, μιλά για το τελευταίο ως την πεμπτουσία της υγείας.

1. Buseck et al. Φουλερένια από το Γεωλογικό Περιβάλλον. Science 10 Ιουλίου 1992: 215-217. DOI: 10.1126/science.257.5067.215.
2. Ν.Π. Ο Γιούσκιν. Σφαιρική υπερμοριακή δομή του σουνγκίτη: δεδομένα μικροσκοπίας σάρωσης σήραγγας. ΔΑΝ, 1994, τ. 337, αρ. 6 σελ. 800-803.
3. V.A. Ο Ρέζνικοφ. Yu.S. Πολεχόφσκι. Ο άμορφος άνθρακας σουνγκίτη είναι ένα φυσικό περιβάλλον για το σχηματισμό φουλλερενίων. Επιστολές στον ZhTF. 2000. τ. 26. γ. 15. σ.94-102.
4. Peter R. Buseck. Γεωλογικά φουλερένια: ανασκόπηση και ανάλυση. Earth and Planetary Science Letters V 203, I 3-4, 15 Νοεμβρίου 2002, Σελίδες 781-792
5.Ν.Ν. Rozhkova, G. V. Andrievsky. Υδατικά κολλοειδή συστήματα με βάση τον άνθρακα σουνγκίτη και εξαγωγή φουλλερενίων από αυτά. The 4th Biennial International Workshop in Russia "Fullerene and Atomic Clusters" IWFAC"99 4 - 8 Οκτωβρίου 1999, Αγία Πετρούπολη, Ρωσία. Βιβλίο περιλήψεων, σ.330.
6. N.N. Rozhkova, G.V. Αντριέφσκι. Φουλερένια σε άνθρακα σουνγκίτη. Σάβ. επιστημονικός Πρακτικά της Διεθνούς Symposium “Fullerene and fullerene-like structures”: 5-8 Ιουνίου 2000, BSU, Minsk, 2000, σελ. 63-69.
7. Ν.Ν. Rozhkova, G.V. Αντριέφσκι. Νανοκολλοειδή άνθρακα σουνγκίτη. εκχύλιση φουλλερενίων με υδατικούς διαλύτες. Σάβ. Επιστημονικός Πρακτικά III διεθνές σεμινάριο«Ορυκτολογία και ζωή: ομόλογα βιοορυκτών», 6-8 Ιουνίου 2000, Syktyvkar, Ρωσία, Geoprint, 2000, σσ.53-55.
8. Α.Ε. Βισνέφσκι. Ιατρικές περιοχές της Καρελίας. Κρατικός Εκδοτικός Οίκος της Καρελίας ASSR, Petrozavodsk, 1957, 57 p.
9. Φουλερένια: Η πεμπτουσία της υγείας. Κεφάλαιο στη σελ. 79-98 στο βιβλίο: A.D. Ορλόφ. "Shungite - μια πέτρα από καθαρό νερό." Μόσχα-Αγία Πετρούπολη: "DILYa Publishing House", 2004. - 112 σελ. και στο Διαδίκτυο στον ιστότοπο (www.golkom.ru/book/36.html).

Οι φυσικοί και οι χημικοί έχουν βρει πολλές εφαρμογές για τα φουλερένια: χρησιμοποιούνται στη σύνθεση νέων ενώσεων στην οπτική και στην παραγωγή αγωγών. Όσον αφορά τις βιολογικές ιδιότητες των φουλερενίων, έχουν ληφθεί διφορούμενα δεδομένα εδώ και πολύ καιρό: βιολόγοι είτε τα δήλωσαν τοξικά, είτε ανακάλυψαν τις αντιοξειδωτικές ιδιότητες των φουλερενίων και πρότειναν τη χρήση τους στη θεραπεία σοβαρών ασθενειών όπως το βρογχικό άσθμα.

Μακρόβιοι αρουραίοι

Το 2012 δημοσιεύτηκε μια δημοσίευση που τράβηξε την προσοχή των γεροντολόγων - ειδικών που ασχολούνται με τα προβλήματα της γήρανσης. Σε αυτή την εργασία, οι Tarek Baati et al.* επέδειξαν εντυπωσιακά αποτελέσματα - οι αρουραίοι που τρέφονταν με εναιώρημα φουλερενίων σε ελαιόλαδο έζησαν δύο φορές περισσότερο από το συνηθισμένο και, επιπλέον, έδειξαν αυξημένη αντοχή σε τοξικούς παράγοντες (όπως ο τετραχλωράνθρακας). Η τοξικότητα αυτής της ένωσης οφείλεται στην ικανότητά της να δημιουργεί αντιδραστικά είδη οξυγόνου (ROS), πράγμα που σημαίνει ότι οι βιολογικές επιδράσεις των φουλερενίων πιθανότατα μπορούν να εξηγηθούν από τις αντιοξειδωτικές τους ιδιότητες (την ικανότητα «αναχαίτισης» και απενεργοποίησης των ROS).

* - Το "βιομόριο" έχει ήδη μιλήσει για αυτό λεπτομερώς: « » . - Εκδ.

Η σχέση των ενεργών ειδών οξυγόνου με τις διεργασίες που συμβαίνουν κατά τη γήρανση είναι πλέον σχεδόν αναμφισβήτητη. Από τη δεκαετία του '60 του εικοστού αιώνα, όταν διατυπώθηκε η θεωρία των ελεύθερων ριζών της γήρανσης, και μέχρι σήμερα, ο όγκος των δεδομένων που επιβεβαιώνουν αυτή την άποψη συσσωρεύεται μόνο. Ωστόσο, μέχρι τώρα, κανένα αντιοξειδωτικό - ούτε φυσικό ούτε συνθετικό - δεν έχει δώσει τόσο εντυπωσιακή αύξηση στη διάρκεια ζωής των πειραματόζωων, όπως στα πειράματα του Baati και των συνεργατών του. Ακόμη και ειδικά σχεδιασμένα από μια ομάδα υπό την ηγεσία του ακαδημαϊκού Skulachev αντιοξειδωτικά «στοχευμένης δράσης» - τα λεγόμενα «ιόντα Skulachev», ή ενώσεις της σειράς SkQ - παρουσίασαν λιγότερο σημαντικά αποτελέσματα.

Αυτές οι ουσίες είναι λιπόφιλα θετικά φορτισμένα μόρια με συνδεδεμένη αντιοξειδωτική «ουρά», τα οποία, λόγω της δομής τους, μπορούν να συσσωρεύονται στα μιτοχόνδρια (σε αυτά τα οργανίδια των ευκαρυωτικών κυττάρων δημιουργούνται αντιδραστικά είδη οξυγόνου). Ωστόσο, οι ενώσεις της σειράς SkQ παρέτειναν τη ζωή των πειραματικών ποντικών μόνο κατά 30% κατά μέσο όρο.

Σχήμα 2. Αριστερά- ένα ποντίκι, του οποίου η γήρανση επιβραδύνεται λόγω της πρόσληψης "ιόντων Skulachev", στα δεξιά- ένα ποντίκι από την ομάδα ελέγχου.

Γιατί τα φουλερένια αποδείχθηκαν τόσο αποτελεσματικά στην καταπολέμηση της γήρανσης;

Έχοντας θέσει αυτό το ερώτημα, αρχίσαμε να εξετάζουμε την πιθανότητα ύπαρξης ενός πρόσθετου μηχανισμού βιολογικής δράσης των φουλερενίων - εκτός από τον ήδη γνωστό αντιοξειδωτικό. Το στοιχείο βρέθηκε στη μελέτη μιας από τις ενώσεις της σειράς SkQ - SkQR1, που περιέχει ένα υπόλειμμα ροδαμίνης. Αυτή η ένωση ανήκει στην ομάδα πρωτονοφόροι- μόρια ικανά να μεταφέρουν πρωτόνια από τον διαμεμβρανικό χώρο μέσω της μεμβράνης στη μιτοχονδριακή μήτρα, μειώνοντας έτσι το διαμεμβρανικό δυναμικό (Δψ). Όπως είναι γνωστό, είναι αυτό το δυναμικό, που υπάρχει λόγω της διαφοράς στην περιεκτικότητα των πρωτονίων σύμφωνα με διαφορετικές πλευρέςμεμβράνες, και εξασφαλίζει την παραγωγή ενέργειας στο κύτταρο. Ωστόσο, είναι επίσης η πηγή της παραγωγής ROS. Στην ουσία, τα ενεργά είδη οξυγόνου εδώ είναι παρόμοια με «τοξικά απόβλητα» από την παραγωγή ενέργειας. Αν και έχουν μια σειρά από χρήσιμες λειτουργίες, τα ROS αποτελούν κυρίως πηγή βλάβης στο DNA, στα λιπίδια και σε πολλές ενδοκυτταρικές δομές.

Εικόνα 3Σχέδιο της δομής των μιτοχονδρίων ( αριστερά), η μεταφορά πρωτονίων από οργανικά οξέα - "μαλακοί αποζεύκτες" ( στο κέντρο) - και δινιτροφαινόλη - το πιο διάσημο από τα "αποσύνδετα" ( στα δεξιά).

Υπάρχουν ενδείξεις ότι μια ελαφρά μείωση στο δυναμικό της μιτοχονδριακής διαμεμβράνης μπορεί να είναι ευεργετική για τα κύτταρα. Η μείωσή του μόνο κατά 10% οδηγεί σε μείωση της παραγωγής ROS κατά 10 φορές! Υπάρχουν οι λεγόμενοι «μαλακοί αποζεύκτες» που αυξάνουν την αγωγιμότητα πρωτονίων των μεμβρανών, με αποτέλεσμα την «αποσύνδεση» της αναπνοής και τη φωσφορυλίωση του ATP.

Ίσως ο πιο διάσημος «αποσύνδεσμος» είναι ο DNF, ή η 2,4-δινιτροφαινόλη (Εικ. 3). Στη δεκαετία του '30 του εικοστού αιώνα, χρησιμοποιήθηκε πολύ ενεργά στη θεραπεία της παχυσαρκίας. Στην πραγματικότητα, η δινιτροφαινόλη είναι ο πρώτος «καυστήρας λίπους» που χρησιμοποιείται στην επίσημη ιατρική. Κάτω από τη δράση του, το κύτταρο μεταβαίνει σε μια εναλλακτική μεταβολική οδό, ξεκινώντας την «καύση» των λιπών και η ενέργεια που λαμβάνει το κύτταρο δεν αποθηκεύεται στο ATP, ως συνήθως, αλλά ακτινοβολείται με τη μορφή θερμότητας.

Η αναζήτηση εύκολων τρόπων απώλειας βάρους θα είναι πάντα σχετική, αρκεί οι εκπρόσωποι Homo sapiensθα ανησυχούν για την εμφάνισή τους? Ωστόσο, πιο ενδιαφέρον για τη μελέτη μας είναι το γεγονός ότι τέτοιοι «μαλακοί αποζεύκτες» μειώνουν την παραγωγή ROS και, σε μικρές δόσεις, μπορούν να βοηθήσουν στην παράταση της ζωής.

Τίθεται το ερώτημα - μπορούν τα φουλλερένια, εκτός από τις αντιοξειδωτικές ιδιότητες, να εμφανίζουν και ιδιότητες «φορέων» πρωτονίων, δρώντας έτσι από δύο πλευρές ταυτόχρονα; Άλλωστε, ένα σφαιρικό μόριο φουλερενίου είναι κοίλο από μέσα, πράγμα που σημαίνει ότι μικρά σωματίδια, όπως τα πρωτόνια, μπορούν εύκολα να χωρέσουν σε αυτό.

Πρίπλασμα σε πυρίτιο: τι έκαναν οι φυσικοί

Για να ελέγξει αυτή την υπόθεση, η ομάδα του REC "Nanodimensional Structure of Matter" πραγματοποίησε σύνθετους υπολογισμούς. Όπως στην ιστορία με την ανακάλυψη του φουλερενίου, στη μελέτη μας μοντελοποίηση υπολογιστήπροηγήθηκε των πειραμάτων. Η προσομοίωση της δυνατότητας διείσδυσης πρωτονίων στο φουλλερένιο και κατανομή φορτίου σε ένα τέτοιο σύστημα πραγματοποιήθηκε με βάση τη συναρτησιακή θεωρία πυκνότητας (DFT). Είναι ένα ευρέως χρησιμοποιούμενο εργαλείο υπολογισμού κβαντικών χημικών που σας επιτρέπει να υπολογίζετε τις ιδιότητες των μορίων με υψηλή ακρίβεια.

Κατά τη διάρκεια της προσομοίωσης, ένα ή περισσότερα πρωτόνια τοποθετήθηκαν έξω από το φουλλερένιο και στη συνέχεια υπολογίστηκε η βέλτιστη διαμόρφωση - μια στην οποία η συνολική ενέργεια του συστήματος θα ήταν ελάχιστη. Τα αποτελέσματα των υπολογισμών έδειξαν ότι τα πρωτόνια μπορούν να διεισδύσουν μέσα στο φουλερένιο! Αποδείχθηκε ότι έως και έξι πρωτόνια μπορούν να συσσωρευτούν μέσα στο μόριο C 60 ταυτόχρονα, αλλά το έβδομο και τα επόμενα δεν θα μπορούν πλέον να διεισδύσουν στο εσωτερικό και θα απωθήσουν - το γεγονός είναι ότι το φουλερένιο που "φορτίζεται" με πρωτόνια αποκτά ένα θετικό φορτίο (και, όπως γνωρίζετε, τα όμοια φορτισμένα σωματίδια απωθούνται).

Εικόνα 4. Κατανομή θετικού φορτίου εντός του συστήματος «fullerene + proton». Απο αριστερά προς δεξιά:δύο, τέσσερα ή έξι πρωτόνια μέσα σε ένα φουλερένιο. Το χρώμα υποδεικνύει την κατανομή φορτίου: από ουδέτερο ( το κόκκινο) έως ελαφρώς θετικό ( μπλε).

Αυτό συμβαίνει επειδή τα πρωτόνια που διεισδύουν μέσα στη «μπάλα» του φουλλερενίου τραβούν τα ηλεκτρονιακά νέφη των ατόμων άνθρακα προς τον εαυτό τους, γεγονός που οδηγεί σε ανακατανομή φορτίου στο σύστημα «πρωτόνια + φουλερένιο». Όσο περισσότερα πρωτόνια διεισδύουν στο εσωτερικό, τόσο ισχυρότερο είναι το θετικό φορτίο στην επιφάνεια του φουλλερενίου, ενώ τα πρωτόνια, αντίθετα, πλησιάζουν όλο και πιο κοντά στο ουδέτερες τιμές. Αυτό το σχέδιο φαίνεται επίσης στο Σχήμα 4: όταν ο αριθμός των πρωτονίων μέσα στη σφαίρα ξεπερνά τα 4, γίνονται ουδέτερα (κίτρινο-πορτοκαλί χρώμα) και η επιφάνεια του φουλλερενίου «γίνεται μπλε» όλο και περισσότερο.

Αρχικά, οι υπολογισμοί γίνονταν μόνο στο σύστημα «φουλλερένιο + πρωτόνια» (χωρίς να λαμβάνεται υπόψη η επίδραση άλλων μορίων). Αλλά τελικά, σε ένα κύτταρο, το φουλερένιο δεν βρίσκεται στο κενό, αλλά σε ένα υδατικό μέσο γεμάτο με πολλές ενώσεις διαφορετικού βαθμού πολυπλοκότητας. Ως εκ τούτου, στο επόμενο στάδιο της προσομοίωσης, οι φυσικοί πρόσθεσαν 47 μόρια νερού που περιβάλλουν το φουλερένιο στο σύστημα και έλεγξαν εάν η παρουσία τους θα επηρέαζε την αλληλεπίδραση με τα πρωτόνια. Ωστόσο, ακόμη και με την παρουσία νερού, το μοντέλο λειτούργησε με επιτυχία.

Οι βιολόγοι επιβεβαιώνουν την υπόθεση;

Η είδηση ότι τα φουλερένια μπορούν να προσροφήσουν πρωτόνια, ακόμη και να αποκτήσουν θετικό φορτίο, ενέπνευσε τους βιολόγους. Φαίνεται ότι αυτά τα μοναδικά μόρια δρουν πραγματικά με πολλούς τρόπους ταυτόχρονα: αδρανοποιούν αντιδραστικά είδη οξυγόνου (ιδιαίτερα, ρίζες υδροξυλίου, συνδέοντάς τα με πολλούς διπλούς δεσμούς), συσσωρεύονται στα μιτοχόνδρια λόγω των λιπόφιλων ιδιοτήτων τους και αποκτώνται θετικό φορτίοκαι, επιπλέον, να μειώσει το διαμεμβρανικό δυναμικό μεταφέροντας πρωτόνια στα μιτοχόνδρια, όπως άλλοι «μαλακοί αποσυνδέτες» της αναπνοής και της οξειδωτικής φωσφορυλίωσης.

Για τη μελέτη των αντιοξειδωτικών ιδιοτήτων των φουλερενίων, χρησιμοποιήσαμε ένα σύστημα ταχείας δοκιμής που βασίζεται σε βιοφωταυγείς βακτηριακούς βιοαισθητήρες. Βιοαισθητήρες σε αυτή η υπόθεση- Γενετικά τροποποιημένα βακτήρια ικανά να ανιχνεύσουν αύξηση της ενδοκυτταρικής παραγωγής ROS και να το «σηματοποιήσουν» στους ερευνητές. Κατά τη δημιουργία βιοαισθητήρων στο γονιδίωμα ενός από τα αβλαβή στελέχη του Escherichia coli Escherichia coliεισάγεται ένα τεχνητό κατασκεύασμα, αποτελούμενο από γονίδια φωταύγειας (λάμψης), υπό τον έλεγχο συγκεκριμένων υποστηρικτές- ρυθμιστικά στοιχεία που «ενεργοποιούνται» με αύξηση της ενδοκυτταρικής παραγωγής ενεργών ειδών οξυγόνου ή υπό τη δράση άλλων παραγόντων στρες - για παράδειγμα, βλάβη του DNA. Αξίζει να αρχίσετε να ενεργείτε στο κύτταρο με έναν τέτοιο παράγοντα στρες - το βακτήριο αρχίζει να λάμπει και το επίπεδο αυτής της λάμψης μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον προσδιορισμό του επιπέδου της βλάβης με επαρκή ακρίβεια.

Εικόνα 5Λαμπερά βακτήρια σε ένα πιάτο Petri ( αριστερά) και την αρχή λειτουργίας των βιοαισθητήρων ( στα δεξιά).

Τέτοια τροποποιημένα στελέχη αναπτύσσονται στο Κρατικό Ερευνητικό Ινστιτούτο Γενετικής και χρησιμοποιούνται ευρέως στη γενετική τοξικολογία για τη μελέτη των μηχανισμών δράσης της ακτινοβολίας και του οξειδωτικού στρες, τη δράση των αντιοξειδωτικών (ιδιαίτερα του SkQ1), καθώς και για την αναζήτηση νέων πολλά υποσχόμενα αντιοξειδωτικά μεταξύ των ουσιών που συνθέτουν οι χημικοί.

Στην περίπτωσή μας, η χρήση του βακτηριακού μοντέλου οφείλεται στα εξής: τα βακτήρια, όπως είναι γνωστό, ανήκουν σε προκαρυωτικά και τα κύτταρά τους είναι πιο απλά από τα ευκαρυωτικά. Οι διεργασίες που συμβαίνουν στη μιτοχονδριακή μεμβράνη των ευκαρυωτών πραγματοποιούνται σε προκαρυώτες απευθείας σε κυτταρική μεμβράνη; Υπό αυτή την έννοια, τα βακτήρια είναι «τα δικά τους μιτοχόνδρια». (Η εκπληκτική ομοιότητα της δομής αυτών των οργανιδίων με τα βακτήρια χρησίμευσε κάποτε ως βάση για το λεγόμενο θεωρία συμβιωτικής προέλευσηςευκαρυώτες.) Επομένως, για τη μελέτη των διεργασιών που συμβαίνουν στα μιτοχόνδρια, ένα τέτοιο μοντέλο είναι αρκετά κατάλληλο.

Τα πρώτα αποτελέσματα έδειξαν ότι ένα υδατικό εναιώρημα φουλερενίου C60, επεξεργασμένο με υπερήχους για πιο αποτελεσματική διάλυση, όταν προστέθηκε σε καλλιέργεια βιοαισθητήρα, αύξησε την αντίστασή του στη βλάβη του DNA από αντιδραστικά είδη οξυγόνου. Το επίπεδο τέτοιας ζημιάς στο πείραμα ήταν 50-60% χαμηλότερο από ό,τι στον έλεγχο.

Επιπλέον, μια μείωση στο επίπεδο της αυθόρμητης παραγωγής της ρίζας ανιόντος υπεροξειδίου στα κύτταρα του στελέχους SoxS-lux καταγράφηκε κατά την προσθήκη του εναιωρήματος C 60. Ένα χαρακτηριστικό αυτού του στελέχους είναι ακριβώς η σχέση μεταξύ του επιπέδου της φωταύγειας του και της ποσότητας της ρίζας ανιόντος υπεροξειδίου. Είναι αυτό το αποτέλεσμα που πρέπει να αναμένεται από μια ένωση που δρα με βάση την αρχή των "μαλακών αποζευκτών" - εάν το διαμεμβρανικό δυναμικό μειωθεί, τότε το ROS (ιδίως, το υπεροξείδιο) θα παραχθεί σε μικρότερες ποσότητες.

Τα αποτελέσματα που προέκυψαν, φυσικά, είναι πολύ προκαταρκτικά και η δουλειά συνεχίζεται, γι' αυτό στον υπότιτλο αυτός ο τομέαςκαι υπάρχει ένα ερωτηματικό. Ο χρόνος θα δείξει αν τελικά μπορούμε να το αντικαταστήσουμε με ένα σίγουρο θαυμαστικό. Ένα πράγμα είναι σαφές - στο εγγύς μέλλον, τα φουλερένια θα είναι αναπόφευκτα στο επίκεντρο της προσοχής των επιστημονικών ομάδων που μελετούν τα προβλήματα της γήρανσης και αναζητούν γεροπροστάτες- ουσίες που επιβραδύνουν τη γήρανση. Και ποιος ξέρει αν αυτές οι μικροσκοπικές «μπάλες» δεν θα γίνουν ελπίδα για την παράταση μιας τόσο σύντομης ανθρώπινης ζωής μέχρι τώρα;

Η εργασία πραγματοποιήθηκε στο εργαστήριο πειραματικής μεταλλαξιογένεσης και στο εργαστήριο βιομηχανικών μικροοργανισμών του Ερευνητικού Ινστιτούτου Βιολογίας του Southern Federal University, καθώς και στο Επιστημονικό και Εκπαιδευτικό Κέντρο «Nanodimensional Structure of Matter», Southern Federal University, υπό η καθοδήγηση του καθ. A.V. Σολντάτοφ. Τα κύρια αποτελέσματα της μοντελοποίησης του συστήματος «φουλλερένιο + πρωτόνια» και τα βιολογικά αποτελέσματα περιγράφονται, αντίστοιχα, στις ακόλουθες εργασίες:

Chistyakov V.A., Smirnova Yu.O., Prazdnova E.V., Soldatov A.V. (2013). Πιθανοί Μηχανισμοί Αντιοξειδωτικής Δράσης Fullerene C60 . Biomed. Res. Int. 2013, 821498 και
Prazdnova E.V., Chistyakov V.A., Smirnova Yu.O., Soldatov A.V., Alperovich I.G. (2013). Πιθανοί Μηχανισμοί Αντιοξειδωτικής Δράσης Fullerene C60. Στο: II Γερμανο-Ρωσικό Διεπιστημονικό Εργαστήριο «Νανοσχεδιασμός: Φυσική, Χημεία και Μοντελοποίηση Υπολογιστών». Rostov-on-Don, 2013, 23.

Λογοτεχνία

Sokolov V. I., Stankevich I. V. (1993). Φουλερένια - νέες αλλοτροπικές μορφές άνθρακα: δομή, ηλεκτρονική δομήκαι Χημικές ιδιότητες. Uspekhi Khimiya 62b, 455;
Buseck P.R., Tsipursky S.J., Hettich R. (1992). Φουλερένια από το Γεωλογικό Περιβάλλον. Science 257, 215–217; ;
Eye of the Planets: "Το Φουλερένιο ανακαλύφθηκε στο Διάστημα για πρώτη φορά"
Andrievsky G.V., Klochkov V.K., Derevyanchenko L.I. Είναι το C60 φουλερένιο τοξικό; Ή στο ερώτημα: "Ποιο φως θα δοθεί στις νανοτεχνολογίες φουλερενίου - κόκκινο ή ακόμα πράσινο;" . Ηλεκτρονικό περιοδικό "Όλη η ιατρική στο Διαδίκτυο!";
Shirinkin S.V., Churnosov M.I., Andrievsky G.V., Vasilchenko L.V. (2009). Προοπτικές χρήσης φουλερενίων ως αντιοξειδωτικών στην παθογενετική θεραπεία του βρογχικού άσθματος. Κλινικό φάρμακο № 5 (2009), 56–58 ;
Baati Τ., Bourasset F., Gharb Ν., et αϊ. (2012). Biochemistry (Μόσχα) 73, 1329–1342; et al. (2009). Ιδιαιτερότητες των αντιοξειδωτικών και ραδιοπροστατευτικών επιδράσεων των ενυδατωμένων νανοδομών φουλερενίου C 60 in vitroκαι in vivo. Ελεύθερες ρίζες. Biol. Med. 47, 786-793; ;
Xiao Y., Wiesner M.R. (2012). Χαρακτηρισμός της επιφανειακής υδροφοβικότητας των κατασκευασμένων νανοσωματιδίων . J. Hazard. Χαλάκι. 215, 146-151; ;
Zavilgelsky G.B., Kotova V.Y., Manukhov I.V. (2007). Η δράση της 1,1-διμεθυλυδραζίνης στα βακτηριακά κύτταρα προσδιορίζεται από το υπεροξείδιο του υδρογόνου. Mutat. Res. 634, 172-176; ;
Prazdnova E.V., Sevryukov A.V., Novikova E.V. (2011). Ανίχνευση αργού πετρελαίου με χρήση βακτηριακών βιοαισθητήρων Lux. Πρακτικά πανεπιστημίων. Περιοχή Βόρειου Καυκάσου. Φυσικές επιστήμες № 4 (2011), 80–83; ;
Prazdnova E.V., Chistyakov V.A., Sazykina M.A., Sazykin I.S., Khatab Z.S. (2012). Υπεροξείδιο του υδρογόνου και γονοτοξικότητα υπεριώδους ακτινοβολίας με μήκος κύματος 300–400 nm. Πρακτικά πανεπιστημίων. Περιοχή του Βορείου Καυκάσου. Φυσικές Επιστήμες Νο. 1 (2012), 85–87; ;
Chistyakov V.A., Prazdnova E.V., Gutnikova L.V., Sazykina M.A., Sazykin I.S. (2012). Δραστικότητα εξάλειψης υπεροξειδίου ενός παραγώγου πλαστοκινόνης - 10-(6'-πλαστοκινονυλο)δεκυλοτριφαινυλοφωσφόνιο (SkQ1). Biochemistry 77, 932-935; ;
Oludina Yu.N. και άλλοι (2013). Σύνθεση τροποποιημένων στερικά παρεμποδισμένων φαινολών και μελέτη της ικανότητάς τους να προστατεύουν το βακτηριακό DNA από βλάβες από την υπεριώδη ακτινοβολία B. Chemical Pharmaceutical Journal (υπό έκδοση);
Kulaev I.S. (1998). Προέλευση ευκαρυωτικών κυττάρων. Soros Educational Journal No. 5 (1998), 17–22. .

Η ανακάλυψη των φουλερενίων - μια νέα μορφή ύπαρξης ενός από τα πιο κοινά στοιχεία στη Γη - του άνθρακα, αναγνωρίζεται ως ένα από τα πιο εκπληκτικά και σημαντικές ανακαλύψειςστην επιστήμη του 20ου αιώνα. Παρά τη γνωστή από καιρό μοναδική ικανότητα των ατόμων άνθρακα να συνδέονται σε πολύπλοκες, συχνά διακλαδισμένες και ογκώδεις μοριακές δομές, οι οποίες αποτελούν τη βάση όλων των οργανική χημεία, η πραγματική πιθανότητα σχηματισμού σταθερών μορίων πλαισίου από μόνο έναν άνθρακα αποδείχθηκε ακόμα απροσδόκητη. Πειραματική επιβεβαίωσηΤο γεγονός ότι μόρια αυτού του τύπου, που αποτελούνται από 60 ή περισσότερα άτομα, μπορούν να προκύψουν κατά τη διάρκεια φυσικών διεργασιών στη φύση συνέβη το 1985. Και πολύ πριν από αυτό, ορισμένοι συγγραφείς υπέθεσαν τη σταθερότητα των μορίων με μια κλειστή σφαίρα άνθρακα. Ωστόσο, αυτές οι υποθέσεις ήταν καθαρά εικασιακές, καθαρά θεωρητικός. Ήταν μάλλον δύσκολο να φανταστεί κανείς ότι τέτοιες ενώσεις θα μπορούσαν να ληφθούν με χημική σύνθεση. Επομένως, αυτά τα έργα έμειναν απαρατήρητα και δόθηκε προσοχή σε αυτά μόνο εκ των υστέρων, μετά την πειραματική ανακάλυψη των φουλερενίων. Ένα νέο στάδιο ξεκίνησε το 1990, όταν βρέθηκε μια μέθοδος για τη λήψη νέων ενώσεων σε ποσότητες γραμμαρίων και μια μέθοδος για την απομόνωση φουλλερενίων σε καθαρή μορφή. Πολύ σύντομα μετά από αυτό, το πιο σημαντικό δομικό και φυσικά και χημικά χαρακτηριστικάφουλερένιο C 60 - η πιο εύκολα σχηματιζόμενη ένωση μεταξύ των γνωστών φουλερενίων. Για την ανακάλυψή τους - την ανακάλυψη συστάδων άνθρακα με σύνθεση C 60 και C 70 - οι R. Kerl, R. Smalley και G. Kroto το 1996 τιμήθηκαν με το Νόμπελ Χημείας. Πρότειναν επίσης τη δομή του φουλερενίου C 60, γνωστή σε όλους τους ποδοσφαιρόφιλους.

Όπως γνωρίζετε, το κέλυφος μιας μπάλας ποδοσφαίρου αποτελείται από 12 πεντάγωνα και 20 εξάγωνα. Θεωρητικά, είναι δυνατές 12.500 ρυθμίσεις διπλών και απλών ομολόγων. Το πιο σταθερό ισομερές (που φαίνεται στο σχήμα) έχει μια κολοβωμένη εικοσαεδρική δομή που δεν έχει διπλούς δεσμούς στα πεντάγωνα. Αυτό το ισομερές του C 60 ονομάστηκε "Buckminsterfullerene" προς τιμή του διάσημου αρχιτέκτονα με το όνομα R. Buckminster Fuller, ο οποίος δημιούργησε δομές, το θολωτό πλαίσιο των οποίων είναι κατασκευασμένο από πεντάγωνα και εξάγωνα. Σύντομα προτάθηκε μια κατασκευή για το C 70, που έμοιαζε με μπάλα ράγκμπι (με επίμηκες σχήμα).

Στο πλαίσιο άνθρακα, τα άτομα C χαρακτηρίζονται από υβριδισμό sp 2, με κάθε άτομο άνθρακα συνδεδεμένο με τρία γειτονικά άτομα. Το σθένος 4 πραγματοποιείται μέσω δεσμών p μεταξύ κάθε ατόμου άνθρακα και ενός από τους γείτονές του. Φυσικά, θεωρείται ότι οι δεσμοί p μπορούν να αποτοπιστούν, όπως στις αρωματικές ενώσεις. Τέτοιες δομές μπορούν να κατασκευαστούν για n≥20 για οποιαδήποτε ζυγή συστάδα. Πρέπει να περιέχουν 12 πεντάγωνα και (n-20)/2 εξάγωνα. Το χαμηλότερο από τα θεωρητικά πιθανά φουλλερένια C 20 δεν είναι τίποτα άλλο από ένα δωδεκάεδρο - ένα από τα πέντε κανονικά πολύεδρα, που έχει 12 πενταγωνικές όψεις και καθόλου εξάγωνες όψεις. Ένα μόριο τέτοιου σχήματος θα είχε μια εξαιρετικά τεταμένη δομή, και επομένως η ύπαρξή του είναι ενεργειακά δυσμενής.

Έτσι, όσον αφορά τη σταθερότητα, τα φουλερένια μπορούν να χωριστούν σε δύο τύπους. Το σύνορο μεταξύ τους σας επιτρέπει να σχεδιάσετε το λεγόμενο. ο κανόνας των απομονωμένων πενταγώνων (Isolated Pentagon Rule, IPR). Αυτός ο κανόνας δηλώνει ότι τα πιο σταθερά φουλερένια είναι εκείνα στα οποία κανένα ζεύγος πενταγώνων δεν έχει γειτονικά άκρα. Με άλλα λόγια, τα πεντάγωνα δεν ακουμπούν το ένα το άλλο, και κάθε πεντάγωνο περιβάλλεται από πέντε εξάγωνα. Εάν τα φουλλερένια είναι διατεταγμένα κατά σειρά αυξανόμενου αριθμού ατόμων άνθρακα n, τότε το Buckminsterfullerene - C 60 είναι ο πρώτος εκπρόσωπος που ικανοποιεί τον κανόνα των απομονωμένων πενταγώνων και το C 70 είναι ο δεύτερος. Μεταξύ των μορίων φουλλερενίου με n>70 υπάρχει πάντα ένα ισομερές που υπόκειται σε IPR και ο αριθμός τέτοιων ισομερών αυξάνεται γρήγορα με τον αριθμό των ατόμων. Βρέθηκαν 5 ισομερή για το C 78 , 24 - για το C 84 και 40 - για το C 90 . Τα ισομερή που έχουν γειτονικά πεντάγωνα στη δομή τους είναι σημαντικά λιγότερο σταθερά.

Χημεία φουλερενίων

Επί του παρόντος, το κυρίαρχο μέρος της επιστημονικής έρευνας σχετίζεται με τη χημεία των φουλερενίων. Περισσότερες από 3 χιλιάδες νέες ενώσεις έχουν ήδη συντεθεί με βάση τα φουλερένια. Μια τέτοια ταχεία ανάπτυξη της χημείας των φουλλερενίων συνδέεται με τα δομικά χαρακτηριστικά αυτού του μορίου και την παρουσία ένας μεγάλος αριθμόςδιπλούς συζευγμένους δεσμούς σε μια κλειστή σφαίρα άνθρακα. Ο συνδυασμός φουλερενίου με εκπροσώπους πολλών γνωστών κατηγοριών ουσιών άνοιξε τη δυνατότητα στους συνθετικούς χημικούς να αποκτήσουν πολλά παράγωγα αυτής της ένωσης.

Σε αντίθεση με το βενζόλιο, όπου τα μήκη των δεσμών C-C είναι τα ίδια, στα φουλλερένια διακρίνονται δεσμοί πιο «διπλού» και πιο «ενιαίου» χαρακτήρα και οι χημικοί συχνά θεωρούν τα φουλερένια ως συστήματα πολυενίου με έλλειψη ηλεκτρονίων και όχι ως αρωματικά μόρια. Αν στραφούμε στο C60, τότε περιέχει δύο τύπους δεσμών: βραχύτερους (1,39 Å) δεσμούς που εκτείνονται κατά μήκος των κοινών άκρων γειτονικών εξαγωνικών όψεων και μεγαλύτερους (1,45 Å) δεσμούς που βρίσκονται κατά μήκος των κοινών άκρων των πενταγωνικών και εξαγωνικών όψεων. Ταυτόχρονα, ούτε οι εξαμελείς ούτε, ακόμη περισσότερο, οι πενταμελείς δακτύλιοι παρουσιάζουν αρωματικές ιδιότητες με την έννοια που παρουσιάζονται από βενζόλιο ή άλλα επίπεδα συζευγμένα μόρια που υπακούουν στον κανόνα του Hückel. Επομένως, συνήθως οι βραχύτεροι δεσμοί στο C 60 θεωρούνται διπλοί, ενώ οι μακρύτεροι είναι απλοί. Ένα από τα πιο σημαντικά χαρακτηριστικά των φουλερενίων είναι ότι έχουν έναν ασυνήθιστα μεγάλο αριθμό ισοδύναμων κέντρων αντίδρασης, γεγονός που συχνά οδηγεί σε μια σύνθετη ισομερή σύνθεση των προϊόντων αντίδρασης με τη συμμετοχή τους. Ως αποτέλεσμα, οι περισσότερες χημικές αντιδράσεις με φουλερένια δεν είναι επιλεκτικές και η σύνθεση μεμονωμένων ενώσεων είναι πολύ δύσκολη.

Μεταξύ των αντιδράσεων για τη λήψη ανόργανων παραγώγων φουλερενίου, οι πιο σημαντικές είναι οι διαδικασίες αλογόνωσης και παραγωγής των απλούστερων παραγώγων αλογόνου, καθώς και οι αντιδράσεις υδρογόνωσης. Έτσι, αυτές οι αντιδράσεις ήταν από τις πρώτες που πραγματοποιήθηκαν με το φουλερένιο C 60 το 1991. Ας εξετάσουμε τους κύριους τύπους αντιδράσεων που οδηγούν στο σχηματισμό αυτών των ενώσεων.

Αμέσως μετά την ανακάλυψη των φουλερενίων μεγάλο ενδιαφέρονπροκάλεσε την πιθανότητα υδρογόνωσής τους με το σχηματισμό «fullerans». Αρχικά, φαινόταν δυνατό να προστεθούν εξήντα άτομα υδρογόνου στο φουλερένιο. Στη συνέχεια, φάνηκε σε θεωρητικές εργασίες ότι στο μόριο C 60 H 60, μερικά από τα άτομα υδρογόνου θα πρέπει να βρίσκονται μέσα στη σφαίρα του φουλλερενίου, καθώς οι εξαμελείς δακτύλιοι, όπως τα μόρια κυκλοεξανίου, θα πρέπει να λαμβάνουν τις διαμορφώσεις "καρέκλα" ή "λουτρό". . Επομένως, τα επί του παρόντος γνωστά μόρια πολυϋδροφουλλερενίου περιέχουν από 2 έως 36 άτομα υδρογόνου για το φουλερένιο C 60 και από 2 έως 8 για το φουλερένιο C 70.

Κατά τη φθορίωση των φουλερενίων, βρέθηκε ένα πλήρες σύνολο ενώσεων C 60 F n, όπου το n παίρνει ζυγές τιμές έως και 60. Τα παράγωγα φθορίου με n από 50 έως 60 ονομάζονται υπερφθορίδια και βρέθηκαν μεταξύ των προϊόντων φθορίωσης με φασματοσκοπία μάζας σε εξαιρετικά χαμηλές συγκεντρώσεις. Υπάρχουν επίσης υπερφθορίδια, δηλαδή προϊόντα της σύνθεσης C 60 F n , n>60, όπου ο κλωβός άνθρακα φουλερενίου καταστρέφεται μερικώς. Υποτίθεται ότι αυτό λαμβάνει χώρα και στα υπερφθορίδια. Τα θέματα της σύνθεσης φθοριούχων φουλερενίων διαφόρων συνθέσεων είναι ένα ανεξάρτητο πιο ενδιαφέρον πρόβλημα, η μελέτη του οποίου μελετάται πιο ενεργά στο Σχολή ΧημείαςΚρατικό Πανεπιστήμιο της Μόσχας M.V. Λομονόσοφ.

Η ενεργή μελέτη των διαδικασιών χλωρίωσης των φουλλερενίων υπό διάφορες συνθήκες ξεκίνησε ήδη το 1991. Στις πρώτες εργασίες, οι συγγραφείς προσπάθησαν να λάβουν χλωρίδια C 60 με αντίδραση χλωρίου και φουλερενίου σε διάφορους διαλύτες. Μέχρι σήμερα, έχουν απομονωθεί και χαρακτηριστεί αρκετά μεμονωμένα χλωριούχα φουλλερένιο C 60 και C 70 που λαμβάνονται με χρήση διαφόρων παραγόντων χλωρίωσης.

Οι πρώτες προσπάθειες βρωμίωσης φουλλερενίου έγιναν ήδη το 1991. Το φουλερένιο C 60, τοποθετημένο σε καθαρό βρώμιο σε θερμοκρασία 20 και 50 o C, αύξησε τη μάζα κατά μια τιμή που αντιστοιχεί στην προσθήκη 2-4 ατόμων βρωμίου ανά μόριο φουλερενίου. Περαιτέρω μελέτες βρωμίωσης έδειξαν ότι η αλληλεπίδραση του C60 φουλλερενίου με το μοριακό βρώμιο για αρκετές ημέρες παράγει μια λαμπρό πορτοκαλί ουσία, η σύνθεση της οποίας, όπως προσδιορίστηκε με στοιχειακή ανάλυση, ήταν C60Br28. Στη συνέχεια, συντέθηκαν αρκετά βρωμοπαράγωγα φουλερενίων, τα οποία διαφέρουν σε ένα ευρύ φάσμα τιμών για τον αριθμό των ατόμων βρωμίου σε ένα μόριο. Πολλά από αυτά χαρακτηρίζονται από το σχηματισμό clathrates με τη συμπερίληψη μορίων ελεύθερου βρωμίου.

Το ενδιαφέρον για υπερφθοροαλκυλικά παράγωγα, ιδιαίτερα τριφθορομεθυλιωμένα παράγωγα φουλλερενίων, σχετίζεται κυρίως με την αναμενόμενη κινητική σταθερότητα αυτών των ενώσεων σε σύγκριση με παράγωγα αλογόνου φουλερενίων επιρρεπών σε πυρηνόφιλες αντιδράσεις υποκατάστασης SN2'. Επιπλέον, τα υπερφθοροαλκυλοφουλλερένια μπορεί να παρουσιάζουν ενδιαφέρον ως ενώσεις με υψηλή συγγένεια ηλεκτρονίων λόγω των ιδιοτήτων δέκτη υπερφθοροαλκυλομάδων που είναι ακόμη ισχυρότερες από εκείνες των ατόμων φθορίου. Μέχρι σήμερα, ο αριθμός των απομονωμένων και χαρακτηρισμένων μεμονωμένων ενώσεων της σύνθεσης C 60/70 (CF 3) n, n=2-20 υπερβαίνει τις 30 και βρίσκεται σε εξέλιξη εντατική εργασία για την τροποποίηση της σφαίρας του φουλερενίου από πολλές άλλες ομάδες που περιέχουν φθόριο - CF 2 , C 2 F 5 , C 3 F 7 .

Η δημιουργία βιολογικά ενεργών παραγώγων φουλερενίου, τα οποία θα μπορούσαν να βρουν εφαρμογή στη βιολογία και την ιατρική, σχετίζεται με την παροχή υδρόφιλων ιδιοτήτων στο μόριο του φουλερενίου. Μία από τις μεθόδους για τη σύνθεση υδρόφιλων παραγώγων φουλερενίου είναι η εισαγωγή υδροξυλομάδων και ο σχηματισμός φουλερενολών ή φουλερολών που περιέχουν έως και 26 ομάδες ΟΗ, και επίσης, πιθανώς, γέφυρες οξυγόνου παρόμοιες με αυτές που παρατηρούνται στην περίπτωση των οξειδίων. Τέτοιες ενώσεις είναι πολύ διαλυτές στο νερό και μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη σύνθεση νέων παραγώγων φουλερενίου.

Όσον αφορά τα οξείδια φουλλερενίου, οι ενώσεις C 60 O και C 70 O υπάρχουν πάντα στα αρχικά μείγματα φουλλερενίων στο εκχύλισμα σε μικρές ποσότητες. Πιθανώς, υπάρχει οξυγόνο στο θάλαμο κατά την εκκένωση του ηλεκτρικού τόξου και μερικά από τα φουλλερένια οξειδώνονται. Τα οξείδια φουλερενίου διαχωρίζονται καλά σε στήλες με διάφορα προσροφητικά, γεγονός που καθιστά δυνατό τον έλεγχο της καθαρότητας των δειγμάτων φουλερενίου και της απουσίας ή παρουσίας οξειδίων σε αυτά. Ωστόσο, η χαμηλή σταθερότητα των οξειδίων φουλλερενίου εμποδίζει τη συστηματική μελέτη τους.

Αυτό που μπορεί να σημειωθεί σχετικά με την οργανική χημεία των φουλλερενίων είναι ότι, όντας ένα πολυένιο με έλλειψη ηλεκτρονίων, το C 60 φουλερένιο παρουσιάζει μια τάση για ριζικές, πυρηνόφιλες και κυκλοπροσθήκη αντιδράσεις. Ιδιαίτερα ελπιδοφόρες όσον αφορά τη λειτουργικότητα της σφαίρας φουλλερενίου είναι διάφορες αντιδράσεις κυκλοπροσθήκης. Λόγω της ηλεκτρονικής του φύσης, το C 60 είναι σε θέση να συμμετέχει σε αντιδράσεις α-κυκλοπροσθήκης και οι πιο χαρακτηριστικές είναι οι περιπτώσεις όπου n = 1, 2, 3 και 4.

Το κύριο πρόβλημα που επιλύεται από συνθετικούς χημικούς που εργάζονται στον τομέα της σύνθεσης παραγώγων φουλλερενίου παραμένει η επιλεκτικότητα των αντιδράσεων που διεξάγονται μέχρι σήμερα. Τα χαρακτηριστικά της στερεοχημείας της προσθήκης στα φουλερένια συνίστανται σε έναν τεράστιο αριθμό θεωρητικά πιθανών ισομερών. Έτσι, για παράδειγμα, η ένωση C 60 X 2 έχει 23 από αυτά, το C 60 X 4 έχει ήδη 4368, μεταξύ αυτών 8 είναι προϊόντα προσθήκης σε δύο διπλούς δεσμούς. Τα 29 C 60 X 4 ισομερή, ωστόσο, δεν θα έχουν χημική σημασία, έχοντας μια τριπλή βασική κατάσταση που προκύπτει από την παρουσία ενός sp 2 υβριδοποιημένου ατόμου άνθρακα που περιβάλλεται από τρία sp 3 υβριδισμένα άτομα που σχηματίζουν δεσμούς C-X. Ο μέγιστος αριθμός των θεωρητικά δυνατών ισομερών χωρίς να λαμβάνεται υπόψη η πολλαπλότητα της θεμελιώδους κατάστασης θα παρατηρηθεί στην περίπτωση του C 60 X 30 και θα είναι 985538239868524 (από αυτά τα 1294362 είναι προϊόντα πρόσθεσης σε 15 διπλούς δεσμούς), ενώ ο αριθμός των μη -μεμονωμένα ισομερή της ίδιας φύσης όπως στο παραπάνω παράδειγμα, δεν προσφέρεται για απλή λογιστική, αλλά από γενικές εκτιμήσεις θα πρέπει να αυξάνεται συνεχώς με την αύξηση του αριθμού των συνδεδεμένων ομάδων. Σε κάθε περίπτωση, ο αριθμός των θεωρητικά αποδεκτών ισομερών στις περισσότερες περιπτώσεις είναι τεράστιος, ενώ πηγαίνοντας σε λιγότερο συμμετρικά C 70 και υψηλότερα φουλλερένια, αυξάνεται επιπλέον κατά αρκετές φορές ή κατά τάξεις μεγέθους.

Στην πραγματικότητα, πολλά δεδομένα κβαντικών χημικών υπολογισμών δείχνουν ότι οι περισσότερες από τις αντιδράσεις αλογόνωσης και υδρογόνωσης των φουλερενίων προχωρούν με το σχηματισμό, αν όχι των πιο σταθερών ισομερών, τότε τουλάχιστον ελαφρώς διαφέρουν από αυτά σε ενέργεια. Οι μεγαλύτερες αποκλίσεις παρατηρούνται στην περίπτωση των υδριδίων κατώτερου φουλλερενίου, των οποίων η ισομερής σύνθεση, όπως φαίνεται παραπάνω, μπορεί ακόμη και ελαφρώς να εξαρτάται από την οδό σύνθεσης. Ωστόσο, η σταθερότητα των ισομερών που προκύπτουν εξακολουθεί να είναι εξαιρετικά κοντινή. Η μελέτη αυτών των προτύπων σχηματισμού παραγώγων φουλερενίου είναι ενδιαφέρουσα εργασία, η επίλυση των οποίων οδηγεί σε νέα επιτεύγματα στον τομέα της χημείας των φουλλερενίων και των παραγώγων τους.

Ο άνθρωπος πρέπει να προστατεύει το σπίτι του από τη βροχή και το κρύο. ο κήπος σας από παράσιτα. αέρας από καυσαέρια· νερό από ακαθαρσίες από επιβλαβείς βιομηχανίες, δηλαδή ένα άτομο, που ζει στο περιβάλλον του, πρέπει να προστατεύει το περιβάλλον του από τη δημιουργία των χεριών του, από τον «εαυτό του».

Ποιος θα σώσει τον άνθρωπο; Η ομορφιά?

Σύμφωνα με τους επιστήμονες, υπάρχει ένα συγκεκριμένο είδος που μπορεί να κάνει την ύπαρξή μας πιο εύκολη.

Αυτή είναι η ομορφιά των πολυατομικών μορίων άνθρακα, που ονομάζονται «φουλλερένια».

Τα φουλερένια είναι ασυνήθιστα μόρια που έχουν σχήμα μπάλας ποδοσφαίρου. Σαν μπάλα είναι κούφια εσωτερικά και ήθελαν να τα πουν «ποδοσφαιρικά», αλλά είναι αδύνατο να παίξεις ποδόσφαιρο με φουλερίνη, αφού το μέγεθός του είναι 1 νανόμετρο, δηλαδή ένα δισεκατομμυριοστό του μέτρου.

Τα φουλερένια είναι η τέταρτη, προηγουμένως άγνωστη, τροποποίηση του άνθρακα (τα τρία πρώτα είναι γραφίτης, διαμάντι, άνθρακας). Ανακαλύφθηκε το 1985 και μάλιστα εντελώς τυχαία. Ο Άγγλος χημικός και αστροφυσικός Harold Kroto, μελετώντας τη διαστρική σκόνη, άρχισε να ενδιαφέρεται για τα σωματίδια άνθρακα που υπήρχαν εκεί. Αντιμετωπίζοντας δυσκολίες στην ανάλυσή τους, στράφηκε για βοήθεια στους Αμερικανούς συναδέλφους Robert Curl και Richard Smalley, οι οποίοι ασχολούνταν με την εξάτμιση ουσιών χρησιμοποιώντας λέιζερ. Και οι τρεις άρχισαν να δουλεύουν με ενθουσιασμό. Εξατμίζοντας τον γραφίτη για να παράγουν τα σωματίδια που αναζητούσαν, έμειναν έκπληκτοι όταν βρήκαν άγνωστα μόρια άνθρακα που μοιάζουν με ποδόσφαιρο στο υπόλειμμα. Ο Χάρολντ Κρότο, ο εμπνευστής αυτής της ιστορίας, θύμισε το κέλυφος του νέου μορίου από το διάσημο έργο του Αμερικανού αρχιτέκτονα R.B. Fuller - ο γεωδαισιακός θόλος του αμερικανικού περιπτέρου στην παγκόσμια έκθεση EXPO-67. Ο Kroto πρότεινε να ονομαστούν τα νέα σωματίδια με το όνομα Fuller. Έτσι εμφανίστηκε η λέξη «fullerenes».

Οι ερευνητές έστειλαν αμέσως μια αναφορά της ανακάλυψής τους στο περιοδικό Nature.

Η ανακάλυψη νέων μορίων προκάλεσε απίστευτο ενδιαφέρον για την περαιτέρω έρευνά τους. Ξέσπασε μια «έκρηξη φουλερενίου», η οποία οδήγησε στη δημιουργία νανοτεχνολογιών, και με τη βοήθειά τους, στην ανάπτυξη υλικών και ενώσεων χωρίς προηγούμενο που προορίζονταν για διάφορους τομείς της επιστήμης, της τεχνολογίας, της ιατρικής και της φαρμακολογίας.

Το 1996, οι R. Curl, H. Kroto, R. Smalley έλαβαν για την ανακάλυψη των φουλερενίων βραβείο Νόμπελστον τομέα της χημείας. Οι Φουλερέν έχουν κάνει πραγματική επανάσταση! Και, αν και μέχρι στιγμής τα αποτελέσματά της είναι αισθητά μόνο στην επιστήμη και την τεχνολογία, μια επανάσταση στην ιατρική δεν είναι μακριά.

Η επανάσταση βρίσκεται σε ένα ποιοτικό άλμα από το μικρο..., ένα εκατομμυριοστό μέρος του μέτρου, στο νανο..., το δισεκατομμυριοστό μέρος του. Ανοίγουμε προοπτικές για την απόκτηση νέων ουσιών χρησιμοποιώντας τη νανοτεχνολογία και, φυσικά, την εμφάνιση της νανοϊατρικής («nano» στη μετάφραση σημαίνει «νάνος»). Μπορεί να μην βρείτε ακόμα τη λέξη «νανοϊατρική» στα λεξικά, αλλά αυτή η βιομηχανία έχει ήδη δηλώσει το δικαίωμά της ύπαρξης.

Μικρό αλλά ακριβές:

Ας εξετάσουμε τις ιδιότητες των φουλερενίων από την άποψη της εφαρμογής τους στην ιατρική.

Μία από τις πιο αξιοσημείωτες ιδιότητες αυτών των ουσιών είναι ότι μπορούν να δημιουργούν υδατικά διαλύματα. Ενσωματώνοντας τα πιο σταθερά από τα φουλερένια (που ονομάζεται C60) σε ένα μόριο νερού, οι επιστήμονες μπόρεσαν να δημιουργήσουν ένα υδατικό περιβάλλον που είναι πολύ παρόμοιο με το περιβάλλον στα υγιή κύτταρα του σώματος. Το νερό με ενσωματωμένο φουλερένιο εξουδετερώνει τις ελεύθερες ρίζες, είναι δηλαδή αντιοξειδωτικό. Οι ελεύθερες ρίζες είναι η αιτία πολλών ασθενειών. Αυτά τα μόρια, που σχηματίζονται στο σώμα μας, βλάπτουν τα χρωμοσώματα και οδηγούν σε γήρανση των κυττάρων, καρκίνο και μείωση της ανοσίας. Αντιμετωπίζουν τα αντιοξειδωτικά – ευεργετικές ουσίες που συνδυάζονται με τις ελεύθερες ρίζες και αποτρέπουν τις καταστροφικές τους επιπτώσεις.

Τα συνηθισμένα αντιοξειδωτικά είναι ουσίες μιας χρήσης. Ας πούμε ότι ένα μόριο βιταμίνης, όταν συνδυάζεται με μια ελεύθερη ρίζα, σχηματίζει μια αβλαβή ένωση και είναι εκτός παιχνιδιού. Ένα μόριο ανά ρίζα; Οχι πολύ! Και η μπάλα φουλερενίου έχει μεγάλη διάρκεια: παραμένει στο παιχνίδι όλη την ώρα, έχοντας τη μαγική ιδιότητα να προσελκύει ελεύθερες ρίζες στον εαυτό της. Επιπλέον, τέτοιες «κολλημένες» ρίζες συνδυάζονται μεταξύ τους και σχηματίζουν αβλαβείς ουσίες. Λόγω της παρουσίας φουλλερενίου, αυτή η διαδικασία επιταχύνεται απίστευτα και στη συνέχεια οι ατυχείς ρίζες εξαλείφονται ομαδικά. Τα διαλύματα φουλερενίου είναι πολλές φορές πιο αποτελεσματικά από τα συμβατικά αντιοξειδωτικά. Εν τω μεταξύ, οι ερευνητές λένε ότι το φουλερένιο δεν είναι φάρμακο με τη συνήθη έννοια της λέξης, καθώς το φάρμακο βοηθά στη θεραπεία μιας συγκεκριμένης ασθένειας και τα διαλύματα φουλερενίου δρουν πολύ ευρύτερα, στον όγκο ολόκληρου του οργανισμού.

Ιατρική με το πρόθεμα "nano"

Οι δυνατότητες αυτών των νανομπάλες είναι πραγματικά ανεξάντλητες και δεν περιορίζονται μόνο στην καταπολέμηση των ελεύθερων ριζών. Τα φουλερένια είναι ικανά να δημιουργούν ολόκληρα σετ βιοδραστικών ενώσεων. Γεμίζοντας την κοιλότητα του φουλερενίου με μια θεραπευτική ουσία, μπορείτε να οδηγήσετε αυτήν την μπάλα, σαν σε μια τσέπη, στο απαιτούμενο σημείο. Τέτοια φουλερένια, που αστειευόμενα αποκαλούνται γεμιστά, μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την παροχή αντιβιοτικών, βιταμινών και ορμονών στα άρρωστα κύτταρα. Ιδιαίτερα σκληρή δουλειά γίνεται για τη δημιουργία σκευασμάτων φουλερενίου για τη θεραπεία εγκεφαλικών παθήσεων. Για πρώτη φορά στον κόσμο, στο Πανεπιστήμιο του Τελ Αβίβ συντέθηκε αντιοξειδωτικό φουλερενίου για τη θεραπεία κατεστραμμένων εγκεφαλικών κυττάρων. Η χρήση του έχει δώσει θετικά αποτελέσματα σε μέχρι τώρα πειράματα με ζώα. Αναμένεται περαιτέρω ανάπτυξη αυτής της τεχνικής για τη θεραπεία της σκλήρυνσης κατά πλάκας και της νόσου του Αλτσχάιμερ. Γίνονται πειράματα με φουλερένια για τη χορήγηση φαρμάκων μέσω του δέρματος χωρίς τη χρήση ενέσεων. Αναπτύσσονται μέθοδοι για την καταστροφή των γονιδιωμάτων των ιών που διεισδύουν σε ένα ζωντανό κύτταρο από παντοδύναμα φουλερένια. Υποσχόμενη εργασία σχετικά με τη χρήση φουλερενίων ως αντίδοτο. Μπορείτε να συνεχίσετε για πολύ... Σε όλο τον κόσμο, τα φάρμακα φουλερενίου κατά του καρκίνου ερευνώνται και τα αποτελέσματα είναι ενθαρρυντικά!

Είναι κρίμα που ένας από τους ανακαλύψεις τους, ο Richard Smalley, δεν στάθηκε στο ύψος του τελευταίου θριάμβου των ζωογόνων νανομπάλων. Έφυγε από τη ζωή το 2005.

Η έρευνα για τη θεραπεία σχηματισμών άνθρακα συνεχίζεται, αν και δεν έχει προχωρήσει ακόμη πέρα από τα εργαστήρια.

Σχιστόλιθος και φουλερένια:

Οι εξαιρετικές ανακαλύψεις είναι συχνά θρυλικές στην αρχή και φαίνεται ότι μπορούν να κάνουν θαύματα.

Στη Ρωσία, ο "πυρετός φουλερενίου" ξεκίνησε στα τέλη της δεκαετίας του '90 του περασμένου αιώνα. Συνδέθηκε με έναν ανθρακούχο σχιστολιθικό βράχο - σουνγκίτη, του οποίου τα κοιτάσματα ανακαλύφθηκαν στην Καρελία.

Σύμφωνα με μια εκδοχή, ο Σοβιετικός γεωλόγος S. Tsipursky, έχοντας μάθει για την ανακάλυψη των φουλερενίων, παρέδωσε τον σουνγκίτη, τον οποίο έφερε από την Καρελία, στο εργαστήριο του Πανεπιστημίου της Αριζόνα στην Αμερική για έρευνα. Τα αποτελέσματα αυτής της μελέτης, που διεξήχθη με τη συμμετοχή του ίδιου του Tsipursky, δημοσιεύτηκαν σε άρθρο στο επιστημονικό περιοδικότο 1992. Είπε ότι μια μικρή ποσότητα φουλερενίων βρέθηκε πράγματι στον σουνγκίτη. Έγινε μια αίσθηση που προκάλεσε περαιτέρω έρευνα του σουνγκίτη για ιατρικούς σκοπούς.

Ωστόσο, υπάρχουν από καιρό θρύλοι για τις θεραπευτικές ιδιότητες του σουνγκίτη. Αυτός ο απαίσιος μαύρος σχιστόλιθος ονομαζόταν παλιά πέτρα από σχιστόλιθο. Στη συνέχεια πήρε το όνομα "shungite" - από το χωριό της Καρελίας Shunga, όπου μια πηγή με θεραπευτικό νερό έκανε το δρόμο της μέσα από τις αποθέσεις αυτού του βράχου. Οι ντόπιοι ηλικιωμένοι έλεγαν ότι ο σουνγκίτης θα θεράπευε εκατό πληγές. Σύμφωνα με το μύθο, η βογιάρ Xenia Romanova, που εξορίστηκε σε αυτά τα μέρη από τον Boris Godunov, θεραπεύτηκε από πολλές ασθένειες εδώ. Ήταν η μητέρα του πρώτου Ρώσου Τσάρου Μιχαήλ Φεντόροβιτς. Στη μνήμη της, η θαυματουργή πηγή ονομάστηκε «Τσαρέβιτς Κλειδί». Ωστόσο, μετά την απελευθέρωση της Ξένιας, τον ξέχασαν. Η Ksenia Romanova ήταν η προγιαγιά του Μεγάλου Πέτρου και, πιθανώς, οι οικογενειακοί θρύλοι για τις θεραπευτικές ιδιότητες της πέτρας από σχιστόλιθο έφτασαν σε αυτόν. Ίσως η πέτρα να είχε και αντισηπτικές ιδιότητες. Με τον ένα ή τον άλλο τρόπο, αλλά υπάρχουν ενδείξεις ότι ο Πέτρος διέταξε να κρατήσουν μια πέτρα από σχιστόλιθο στα σακίδια του στρατιώτη και να την κατεβάσουν σε γλάστρες με νερό, «για να διατηρήσει τη δύναμη του στομάχου του». Το «φρούριο της κοιλιάς» σαφώς δεν μπόρεσε να διατηρηθεί από τους στρατιώτες του σουηδικού στρατού, οι οποίοι ηττήθηκαν στο Μάχη της Πολτάβα: το καυτό καλοκαίρι του 1709, χτυπήθηκαν αρκετά από την τότε επιδημία της δυσεντερίας.

Τα πετρώματα σουνγκίτη χρησιμοποιούνται στις κατασκευές και τη μεταλλουργία, ενώ πρόσφατα ο σουνγκίτης χρησιμοποιήθηκε με επιτυχία σε φίλτρα καθαρισμού νερού.

Το 2003, δέκα χρόνια δηλαδή μετά την πρώτη συγκλονιστική δημοσίευση, δημοσιεύτηκε ένα άρθρο στο Journal of the American Geological Society, το οποίο ανέφερε ότι οι ενδελεχείς έλεγχοι δεν επιβεβαίωσαν την παρουσία φουλλερενίων στον σουνγκίτη. Επιπλέον, ακόμα κι αν υπήρχαν, το θεραπευτικό αποτέλεσμα δεν θα το δημιουργούσε ο ίδιος ο λίθος, αλλά το υδατικό του διάλυμα.

Οργανικά ηλεκτρονικά:

Επιστήμονες Τεχνολογικό ΙνστιτούτοΤο Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Τζόρτζια, ως αποτέλεσμα της έρευνας, δημιούργησε μια μήτρα από τρανζίστορ υψηλής ταχύτητας πεδίου με βάση τα φουλερένια C60.

Ο καθηγητής Bernard Kippelen σημείωσε ότι οι οργανικοί ημιαγωγοί είναι ένα εντελώς νέο, σύγχρονο και πολλά υποσχόμενο υλικό στη νανοηλεκτρονική.

Το εύρος της οργανικής νανοηλεκτρονικής είναι τεράστιο: από οθόνες και ενεργές ηλεκτρονικές πινακίδες έως ετικέτες RFID και ευέλικτους υπολογιστές.

Νανοκαλλυντικά: κύτταρα ομορφιάς:

Η νανοτεχνολογία εξακολουθεί να διερευνάται, αλλά υπάρχει ήδη μια ολόκληρη σειρά προϊόντων ομορφιάς που χρησιμοποιούν τις υπέροχες ιδιότητες των φουλερενίων. Στη συσκευασία τέτοιων προϊόντων, συνήθως γράφουν: "περιέχει φουλερένια" ή "περιέχει C60" (αυτό είναι το πιο σταθερό μόριο από αυτήν την ομάδα). Οι κατασκευαστές ισχυρίζονται ότι οι κρέμες με φουλερένια βελτιώνουν σημαντικά την κατάσταση του ώριμου δέρματος, επιβραδύνουν τη διαδικασία γήρανσης και διατηρούν την ελαστικότητα και τη φρεσκάδα του προσώπου.

Υπό κράτηση:

Η νανοϊατρική είναι μια εντελώς νέα κατεύθυνση στην καταπολέμηση των ασθενειών. Και, παρά το γεγονός ότι οι ιδέες και τα έργα της βρίσκονται ακόμη στο στάδιο της εργαστηριακής έρευνας, δεν υπάρχει αμφιβολία ότι το μέλλον ανήκει στη νανοϊατρική.