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Fulerenos

 

Fulerenos - O que são

Os fulerenos são uma forma de carbono molécula que não é nem grafite nem diamante.

Eles consistem de um arranjo esférica, elipsóide, ou cilíndrica de dezenas de átomos de carbono.

Fulerenos foram nomeados após Richard Buckminster Fuller, um arquiteto conhecido para o projeto de geodésicas que se assemelham a cúpulas esféricas fulerenos na aparência.

Um fulereno esférico parece uma bola de futebol, e são freqüentemente chamados de " fulerenos", enquanto fulerenos cilíndricos são conhecidos como" fulereno "ou" nanotubos ".

Fulerenos foram descobertos como uma surpresa inesperada durante a laser espectroscopia de experimentos da Universidade Rice, em setembro de 1985.

O Prêmio Nobel em 1996 em Química foi atribuído aos Professores Robert F. Curl, Jr., Richard E. Smalley e Harold Kroto Sir W. pela sua descoberta. Moléculas de fulereno consistem de 60, 70, ou mais átomos de carbono, ao contrário do diamante e grafite, as formas mais familiares de carbono.

Fulerenos ocorrem apenas em pequenas quantidades naturalmente, mas várias técnicas para produzi-los em volumes maiores têm sido sugeridas. A moderna técnica utiliza uma chama benzeno para produzir fulerenos. Outras técnicas incluem a vaporização de varetas de grafite e catalítico deposição de vapor químico de vapor de etanol.

A família de moléculas de carbono fulereno possuem uma gama de propriedades únicas.

Um nanotubo fulereno tem resistência à tração de cerca de 20 vezes maior do que as ligas de aço de alta resistência, e uma meia densidade que de alumínio.

Nanotubos de carbono demonstrar as propriedades supercondutoras, e nanotubos individuais até 4 centímetros de comprimento, foram sintetizados. Uma série de empresas existe para desenvolver nanotubos para aplicações comerciais, incluindo a memória do computador, fios eletrônicos e ciência dos materiais. Um nanotubos dia poderia ser usado para criar computadores futuristas não possíveis com as técnicas convencionais de litográficas.

Os nanotubos têm sido um foco central no burburinho em torno do campo emergente da " nanotecnologia ".

A associação é por vezes enganosa, quando o físico Richard Feynman propôs inicialmente a construção de sistemas de manufatura que montam produtos no nível molecular (" nanotecnologia molecular "), ele estava falando sobre pequenos e sistemas de máquinas produtivas, e não a criação de exóticos em escala nano materiais, como fulerenos utilizando técnicas de macro-escala química. A minúscula fábrica construída inteiramente fora dos fulerenos se qualificaria como nanotecnologia molecular, mas fulerenos por conta própria não. Esta é uma distinção crítica muitas vezes esquecido por alguns acadêmicos, capitalistas de risco, e tecnólogos que gostam de usar a palavra "nanotecnologia" como uma ferramenta para atrair financiamento ou atenção.

Fulerenos - Moléculas

Fulerenos
Molécula de Fulerenos

Fulerenos são moléculas compostas inteiramente de carbono, tomando a forma de uma esfera oca, elipsóide, tubo ou um anel.

Fulerenos são semelhantes em estrutura a grafite, que é composto de uma folha de linked anéis hexagonais, mas contêm pentagonal (ou por vezes heptagonal) anéis, que impedem a folha de ser plana. Eles são, por vezes chamado jocularly fulerenos, dependendo da forma.

Fulerenos cilíndricos são freqüentemente chamados de nanotubos. O menor fulereno em que não há dois pentágonos partilhar uma borda (que é desestabilizador) é C60, e, como tal, é também o mais comum.

A molécula foi nomeado para Richard Buckminster Fuller, um arquiteto observou que criou o domo geodésico. Uma vez que buckminsterfullerenes ter uma forma semelhante a esse tipo de cúpula, o nome foi pensado apropriado.

A estrutura de C60 é a de um icosaedro truncado, que se assemelha a uma bola de futebol do tipo feito de hexágonos e pentágonos, com um átomo de carbono nos cantos de cada hexágono e uma ligação ao longo de cada borda. Um nanotubule de parede única polimerizada (P-SWNT) é uma substância composta de fulerenos polimerizados no qual os átomos de carbono a partir de uma ligação buckytube com carbonos em fulereno outros.

Até o final do século XX, o grafite eo diamante foram os alótropos só conhecidas de carbono. Em seguida, em experiências de feixe molecular, picos distintos foram observados correspondente a moléculas com a massa exata de 60, 70, ou um maior número de átomos de carbono. Harold Kroto, da Universidade de Sussex, James Heath, Sean O'Brien, Robert Curl e Richard Smalley, da Rice University, descobriu C60 e os fulerenos. Kroto, Curl, Smalley e foram agraciados com o Prêmio Nobel em 1996 em Química por seus papéis na descoberta desta classe de compostos.

C60 e outros fulerenos foram mais tarde percebeu que ocorrem fora de um ambiente de laboratório (por exemplo, a fuligem da vela normal). Em 1991, era relativamente fácil de produzir gramas de pó de fulereno, usando as técnicas de Donald Huffman e Krätschmer Wolfgang. A partir do século XXI cedo, as propriedades químicas e físicas dos fulerenos ainda estão em estudo pesado, em laboratórios de pesquisa pura e aplicada. Em abril de 2003, os fulerenos foram em estudo para uso medicinal potencial - ligação antibióticos específicos para a estrutura para atingir as bactérias resistentes e até mesmo atingir determinadas células cancerosas como o melanoma.

Fulerenos não são muito reativos devido à estabilidade das ligações de grafite-like, e também são bastante insolúveis em muitos solventes.

Os investigadores têm sido capazes de aumentar a reatividade, anexando grupos ativos para as superfícies de fulerenos.

Outros átomos pode ser aprisionado no interior fulerenos, e na verdade evidência recente para um impacto de meteoro no final do período Permiano foi encontrado por análise de gases nobres assim conservadas.

Supercondutividade é uma das propriedades mais recentemente exploradas.

Um método comum utilizado para produzir fulerenos é enviar uma grande corrente entre dois eléctrodos de grafite próximos em uma atmosfera inerte. O arco de plasma resultante de carbono entre os eléctrodos em arrefece resíduo fuliginoso a partir da qual muitas fulerenos pode ser isolado.

Fulerenos - Carbono

Fulerenos
Fulerenos

Introduzido por pesquisadores da Universidade Rice, em meados dos anos 1980 como grandes moléculas de carbono que têm 60 ou mais átomos de carbono encenado em pseudospheres cagelike semelhantes em forma de cúpula geodésica de Buckminster Fuller e, portanto, também chamado de bolas bucky.

Carbono 60 ou C60, as moléculas de ar uma nova forma de carbono com potencial para uso em aço, catalisadores, lubrificantes, supercondutores, síntese de diamante, o filme monocristalino, e como blocos de construção para a força de alta poli-mers. No Argonne National Laboratory, C60 tem sido usada como uma fonte direta de carbono para crescer filmes de diamante de grão ultrafino dimensionamento algum.

6 vezes mais rápido do que por métodos convencionais. Ele elimina a necessidade de h, e de azoto e à possibilidade de contaminação h.

O filme é UltraSmooth mesmo astato espessura superior a 390, em (10 m). Intimamente relacionado com fulerenos são nanotabules de carbono, syn-thesized por vaporização plumbago astato NEC Corp do Japão. Eles con-sistir de carbono grafítico concêntrica tampado com hemisférios fullerenelike que curva pela incorporação de cinco membros anéis. As pontas dos tabules pode ser aberto por um agente oxidante, criando tubos de ensaio nanoescala útil no estudo catálise e realização de experiências. Na Laboratórios Bell da AT & T, pesquisadores adicionando metais alcalinos de carro-bon fulerenos criados (NH3) 4Na2CsC60, um composto que converte de isolante para supercondutor a 405 ° F (243 ° C).

Fibras de aquecimento à base de arremesso de carbono na atmosfera a uma Japão artes Ceramics Centro levou a uma classe de fulerenos chamados nanocápsulas de carbono. Descascada as fibras ultrassonicamente em propanona ou álcool e curado como um pó, que pode servir como lubrificantes especiais e para proteger magnético materiais de oxidação. Fulerenos Noncarbon, criado na Universidade de Iowa (Ames), compreendem uma gaiola quase circular exterior de 70 ou 74 átomos de índio e sucessivamente Littler nd e gaiolas de índio, com um único níquel, paládio ou átomo de platina no centro. Por simulação em computador, os pesquisadores Nacional do Japão, Instituto de Materiais e Pesquisa Química e Nissan Motor Co. têm deter-minado a fatibilidade da criação de nitrogênio fullerenelike com 60 ou 70 átomos de n.

Nitrogênio 60, ou N60, seria semelhante a estru-C60 tura, mas não ser estável. Ele pode servir como uma fonte de gás e n podem ser úteis para combustíveis de foguetes e explosivos.

Rhondite e DiaSteel, produtos comerciais de Micromet Technology, AR descrito como compósitos metallofullerite de ferro encapsulado em uma estrutura fulereno sob a forma de hélice enrolado, cristais cablelike. Rhondite 3591 contém 1,12% de carbono, 0,89 de silício, 0.15 cromo, manganês 0,12, eo ferro equilíbrio. Ele tem uma modulação-lus de elasticidade de cerca de 33 106 lb/pol2 (228,000 MPa) e, como molde, uma dureza de Rockwell C 27 e uma resistência à compressão de 109.600 lb/pol2 (756 MPa). Endurecimento aumenta a dureza à Rockwell C 62 e resistência à compressão para 338.900 lb/pol2 (2337 MPa).

O compósito características excepcional resistência ao desgaste e exposições de auto-cura, o que melhora com o desgaste.

Aço é feito a partir rodonita por um processo que converte uma elevada percentagem dos fullerenos ao diamante.

A estrutura do diamante tem uma dureza de Rockwell C 65 e é desprovido de tensões internas. O tratamento posterior pode remover o ferro, deixando nanômetros cristais de diamante para alguns micrômetros de tamanho, que podem ser utilizados como abrasivos ou para aplicações eletrônicas.

Fulerenos
Fulerenos C
60 (esquerda) e nanotubos de carbono (direita) são dois exemplos de estruturas na família fulereno

Um fulereno é qualquer molécula composta inteiramente de carbono, sob a forma de um oco esfera, elipsóide ou tubo.

Fulerenos esféricos são também chamadas de fulereno, e assemelham-se as bolas usadas em futebol.

Os cilíndricos são chamados nanotubos de carbono ou fulereno.

Fulerenos são semelhantes em estrutura a grafite, que é composto de empilhados grafeno folhas de linked anéis hexagonais, mas eles podem também conter pentagonal (ou por vezes heptagonal) anéis.

O fulereno primeiro a ser descoberto, e homônimo da família, buckminsterfulereno (C 60), foi preparado em 1985 por Richard Smalley, da onda Robert, James Heath, Sean O'Brien, e Harold Kroto na Rice University.

O nome foi uma homenagem a Buckminster Fuller, cuja geodésica cúpulas que se assemelha. A estrutura também foi identificada há cerca de cinco anos antes por Sumio Iijima, a partir de uma imagem de microscopia eletrônica, onde se formou o núcleo de uma "cebola bucky".

Fulerenos já foram encontrados a ocorrer na natureza.

Mais recentemente, fulerenos foram detectados no espaço sideral.

De acordo com o astrônomo Letizia Stanghellini: "É possível que fulerenos a partir do espaço exterior na condição de sementes para a vida na Terra".

A descoberta dos fulerenos expandiu enormemente o número de conhecidos alótropos de carbono, que até recentemente eram limitados a grafite, diamante, e amorfo de carbono, tais como fuligem e carvão.

Fulerenos têm sido objeto de intensa pesquisa, tanto para sua química única e para as suas aplicações tecnológicas, especialmente em ciência de materiais, eletrônica e nanotecnologia.

Fulerenos - História

Fulerenos
O icosaédrico fulereno C
540, outro membro da família dos fulerenos

O icosaédrico C 60 H 60 gaiola foi mencionado em 1965 como uma possível estrutura topológica.

A existência de C 60 foi prevista por Eiji Osawa de Toyohashi University of Technology em 1970.

Ele notou que a estrutura de um corannulene molécula era um subconjunto de futebol, a forma ea ele hipótese de que uma forma de bola cheia pode também existir. Sua idéia foi relatada em revistas científicas japonesas, mas não chegar à Europa ou nas Américas.

Também em 1970, RW Henson (depois de o Estabelecimento Atomic Energy Research ) propôs a estrutura e fez um modelo de C 60. Infelizmente, a evidência para esta nova forma de carbono era muito fraco e não foi aceito, mesmo por seus colegas. Os resultados nunca foram publicados, mas foram reconhecidos em carbono em 1999.

Independentemente de Henson em 1973, o grupo de cientistas da URSS dirigido pelo Prof Bochvar feita a análise química quântica de estabilidade do C 60 e calculada a estrutura eletrônica da molécula. Como nos últimos casos a previsão teórica não foi aceite pela comunidade científica. O documento foi publicado em 1973 no Proceedings, da Academia de Ciências da URSS (em russo).

Em espectrometria de massa, os picos discretos apareceu correspondente a moléculas com a massa exata de sessenta ou 70 ou mais átomos de carbono. Em 1985, Harold Kroto (então da Universidade de Sussex ), James R. Heath, Sean O'Brien, Robert Curl e Richard Smalley, da Rice University, descobriu C 60, e logo depois veio a descobrir os fulerenos.

Kroto, Curl, Smalley e foram agraciados com o 1996 do Prêmio Nobel de Química por seus papéis na descoberta desta classe de moléculas. C 60 e fulerenos outros foram mais tarde notado que ocorrem fora do laboratório (por exemplo, em condições normais vela fuligem ). Por volta de 1991, era relativamente fácil de produzir grama de tamanho amostras de pó fulereno utilizando as técnicas de Donald Huffman, Krätschmer Wolfgang e Fostiropoulos Konstantinos.

Purificação

Fulereno permanece um desafio para os químicos e em grande medida, determina os preços fulereno. Os chamados fulerenos endohedral têm iões ou moléculas pequenas incorporados no interior dos átomos de gaiola. Fulereno é um reagente invulgar em muitas reações orgânicas, tais como a reação Bingel descoberto em 1993. Os nanotubos de carbono foram reconhecidas em 1991.

Quantidades mínimas dos fulerenos, na forma de C 60, C 70, C 76, C 82 e C 84 moléculas, são produzidas na natureza, escondida em fuligem e formado por descargas elétricas na atmosfera.

Em 1992, os fulerenos foram encontrados em uma família de minerais conhecidos como Shungites em Karelia, Rússia.

Em 2010, os fulerenos (C 60) foram descobertos em uma nuvem de poeira cósmica em torno de uma estrela distante 6500 anos-luz de distância. Usando da Nasa Spitzer telescópio infravermelho, os cientistas localizou assinatura das moléculas dos inconfundível infravermelho.

Sir Harry Kroto, que dividiu o Prêmio Nobel em 1996 em Química pela descoberta dos fulerenos, comentou: "Esta descoberta mais emocionante fornece evidências convincentes de que o Fulereno tem, como eu há muito suspeitava, existe desde tempos imemoriais, nos recessos sombrios de nossa galáxia."

Nomeação

Fulereno (C 60) foi nomeado depois que Richard Buckminster Fuller, um modelador observou arquitetônico que popularizou o domo geodésico.

Uma vez que buckminsterfullerenes ter uma forma semelhante a esse tipo de cúpula, o nome foi pensado apropriado. À medida que a descoberta da família fulereno veio depois buckminsterfulereno, 'fulereno' o nome encurtado é utilizado para se referir à família de fulerenos. O sufixo "eno" indica que cada átomo de C está ligado covalentemente a três outros (em vez de o máximo de quatro), uma situação que classicamente corresponderia à existência de ligações que envolvem dois pares de electrões ("" ligações duplas).

Tipos de fulereno

Desde a descoberta de fulerenos em 1985, variações estruturais dos fulerenos evoluíram muito para além dos aglomerados individuais em si.

Exemplos incluem:

Aglomerados fulereno: menor é membro C 20 (versão insaturados de dodecaedrano ) eo mais comum é a C 60
Nanotubos:
tubos ocos, de dimensões muito pequenas, tendo paredes únicas ou múltiplas; potenciais aplicações na indústria eletrônica
M
egatubes: maiores em diâmetro do que nanotubos e preparada com paredes de espessuras diferentes; potencialmente utilizado para o transporte de uma variedade de moléculas de diferentes tamanhos
Polímeros:
em cadeia, bidimensionais e tridimensionais polímeros são formados sob alta pressão alta temperatura; cadeia simples polímeros são formados utilizando o Atom Transferência de polimerização de adição Radical (ATRAP) rota
Nano "cebola":
partículas esféricas com base em múltiplas camadas de carbono em torno de um núcleo fulereno; proposto para lubrificantes
Ligados "bola-e-corrente" dímeros:
dois fulereno ligados por uma cadeia de carbono
Anéis de fulereno.

Fulerenos
C 60 com isosuperfície de solo densidade de elétrons Estado, calculada com DFT

Fulerenos
Muitas bolas de futebol de associação têm a mesma forma como buckminsterfulereno, C
60

Fulereno é a menor molécula fulereno contendo anéis pentagonais e hexagonais em que não há dois pentágonos compartilham uma borda (que pode ser desestabilizador, como no pentalene ). Também é o mais comum em termos de ocorrência natural, como pode muitas vezes ser encontrada em fuligem.

A estrutura de C 60 é um icosaedro truncado, que se assemelha a uma bola de futebol associação do tipo feito de vinte hexágonos e doze pentágonos, com um átomo de carbono nos vértices de cada um polígono e uma ligação ao longo de cada borda polígono.

A van der Waals diâmetro de uma molécula de C 60 é de cerca de 1,1 nanômetros (nm). O núcleo de diâmetro núcleo de uma molécula de C 60 é de cerca de 0,71 nm.

A molécula C 60 tem dois comprimentos de ligação. Os títulos anel 6:6 (entre dois hexágonos) pode ser considerado " ligações duplas "e são mais curtas do que as ligações entre 6:5 (um hexágono e um pentágono). Seu comprimento de ligação média é de 1,4 angstroms.

Fulereno de silício foram criadas em torno de iões metálicos.

Fulereno Boro

Um tipo de Fulereno que utiliza boro átomos, em vez da habitual de carbono, foi previsto e descrito em 2007. O B 80 estrutura, com cada átomo formando 5 ou 6 ligações, está previsto para ser mais estável do que o Fulereno C 60.

Uma razão para este dado pelos investigadores é que o B-80 é, na verdade mais parecido com o geodésica inicial estrutura de cúpula popularizado por Buckminster Fuller, que utiliza triângulos em vez de hexágonos. No entanto, este trabalho tem sido objeto de muitas críticas por químicos quânticos como se concluiu que o previu I h estrutura simétrica foi vibracionalmente instável ea gaiola resultante sofre uma quebra espontânea de simetria, resultando em uma gaiola enrugada com T raros h simetria (simetria de uma vôlei ).

O número de seis membros anéis na molécula é de 20 eo número de anéis de cinco membros é de 12. Existe um átomo adicional no centro de cada anel de seis membros, ligados a cada átomo de que o rodeia.

Outros fulerenos

Outra fulereno bastante comum é C 70, mas fulerenos com 72, 76, 84 e mesmo até 100 átomos de carbono são geralmente obtidos.

Em matemáticas termos, a estrutura de um fulereno é um trivalente convexa poliedro com faces pentagonais e hexagonais. Em teoria gráfico, o fulereno termo se refere a qualquer 3 - regulares, gráfico planar com todas as faces de tamanho 5 ou 6 (incluindo a face externa). Decorre poliedro Euler fórmula, V - E + F = 2 (onde V, E, F são os números de vértices, arestas e faces), que há exatamente 12 pentágonos em um fulereno e V / 2 - 10 hexágonos.

Fulerenos
20-fulereno
(Gráfico dodecaédrico)

Fulerenos
26-fulereno gráfico

Fulerenos
60-fulereno
(Truncado gráfico icosaédrica)

Fulerenos
70-fulereno gráfico

O menor fulereno é o dodecaédrico C 20. Não há fulerenos com 22 vértices. O número de fulerenos C 2n cresce com o aumento n = 12, 13, 14, ..., mais ou menos em proporção ao n 9 (seqüência A007894 em OEIS ). Por exemplo, há 1812 não-isomórficas fulerenos C 60.

Note que apenas uma forma de C 60, alias buckminsterfulereno icosaedro truncado, não tem par de pentágonos adjacentes (o menor fulereno tal).

Para ilustrar ainda mais o crescimento, há 214,127,713 não-isomórficas fulerenos C 200, de 15.655.672 que não têm pentágonos adjacentes.

Trimetasphere nanomateriais de carbono foram descobertos por pesquisadores da Virginia Tech e licenciada exclusivamente para Inovações Luna.

Esta classe de novas moléculas compreende 80 átomos de carbono (C 80), formando uma esfera que inclui um complexo de três átomos de metal e um átomo de azoto. Estes fulerenos encapsular metais que os coloca no subconjunto denominado metallofullerenes.

Trimetaspheres têm o potencial para uso em diagnóstico (como agentes de imagem de segurança), da terapêutica e em células solares orgânicas.

Fulerenos
Este modelo de rotação de um nanotubo de carbono mostra sua estrutura 3D.

Os nanotubos são fulerenos cilíndricos. Estes tubos de carbono são geralmente apenas alguns nanômetros de largura, mas podem variar de menos de um micrômetro até vários milímetros de comprimento. Eles têm muitas vezes extremidades fechadas, mas pode ser abertas tão bem. Há também casos em que o tubo reduz de diâmetro antes de fechar. Os únicos resultados extraordinários na estrutura molecular propriedades macroscópicas, incluindo alta resistência à tração, alta condutividade elétrica, alta ductilidade, condutividade térmica alta ea inatividade química relativa (como é cilíndrico e "planar" - isto é, não tem "exposto" átomos que podem ser facilmente deslocados). Uma proposta de utilização de nanotubos de carbono é em pilhas de papel, desenvolvidos em 2007 por pesquisadores do Rensselaer Polytechnic Institute.

Outro uso altamente especulativo proposto no domínio das tecnologias espaciais é a produção de cabos de alta tensão de carbono exigidos por um elevador espacial.

Nanobuds foram obtidos pela adição de buckminsterfullerenes de nanotubos de carbono.

Fulereno/Fullerites

Fulereno/Fullerites são a manifestação de estado sólido de fulerenos e compostos relacionados e materiais.

Fulerites é um termo cunhado freqüentemente usado para descrever material produzido pela alta pressão de processamento de alta temperatura (HPHT) de fullerites.

Tal tratamento converte fullerites numa forma nanocristalino de diamante que tem sido relatado para exibem propriedades mecânicas notáveis.

Fulerenos
O fulereno C 60 em forma cristalina

Propriedades

Fulerenos

Fullerites ( microscópio eletrônico de varredura da imagem)

Na última década, as propriedades químicas e físicas dos fulerenos têm sido um tema quente no campo de pesquisa e desenvolvimento, e é provável que continue a ser por muito tempo. Popular Science publicou artigos sobre os usos possíveis dos fulerenos em armadura.

Em abril de 2003, os fulerenos foram em estudo para uso medicinal potencial: vinculativos específicos antibióticos para a estrutura para atingir resistentes bactérias e até mesmo atingir certos de câncer, tais como células de melanoma.

De Outubro de 2005 emissão de Química e Biologia contém um artigo descrevendo o uso dos fulerenos como ativadas por luz antimicrobianos agentes.

No campo da nanotecnologia, resistência ao calor e supercondutividade são algumas das propriedades mais fortemente estudados.

Um método comum utilizado para produzir fulerenos é enviar uma grande corrente entre dois próximos grafite eletrodos em uma inerte atmosfera. O resultante carbono plasma a arco entre os eléctrodos em arrefece resíduo fuliginoso a partir da qual muitas fulerenos pode ser isolado.

Há muitos cálculos que foram feitos utilizando métodos ab initio-quânticos aplicados a fulerenos. Por DFT e TD-DFT métodos pode-se obter IR, Raman e UV espectros. Os resultados de tais cálculos podem ser comparados com os resultados experimentais.

Aromaticidade

Os investigadores têm sido capazes de aumentar a reatividade de fulerenos anexando grupos ativos às suas superfícies.

Fulerenos não apresentam " super aromáticos ": isto é, os elétrons dos anéis hexagonais não deslocalizar sobre a molécula inteira.

Um fulereno esférica de átomos de carbono n tem n pi-colagem elétrons, livres de deslocalizar. Estes deve tentar deslocalizar sobre a molécula inteira.

Os mecânica quântica de uma tal disposição deve ser como uma concha apenas da estrutura quântica bem conhecido mecânica de um único átomo, com uma concha estável preenchido para n = 2, 8, 18, 32, 50, 72, 98, 128, etc, ou seja, duas vezes um perfeito número quadrado, mas essa série não incluem 60.

Este 2 (N + 1) 2 regra (com número inteiro N) para aromaticidade esférica é o análogo tridimensional da regra de Hückel. O + 10 cátion iria satisfazer esta regra, e deve ser aromático. Isto tem sido demonstrado ser o caso, utilizando modelagem de Química Quântica, que revelou a existência de correntes fortes esfera diamagnéticos no catião.

Como resultado, C 60, em água tende a pegar dois electrões e tornar-se mais um anião. O C n 60 descrito abaixo pode ser o resultado de C 60 a tentar formar um solto ligação metálica.

Química

Os fulerenos são estáveis, mas não totalmente inerte. Os átomos de sp 2-hibridizados de carbono, que estão no seu mínimo de energia em grafite planar, deve ser dobrado para formar a esfera fechada ou tubo, que produz estirpe ângulo. A reação característica dos fulerenos é adição eletrofílica em duplas 6,6-títulos, o que reduz a tensão ângulo, alterando sp 2-hibridizados em carbonos sp 3-hibridizados queridos. A mudança na hibridizados orbitais faz com que os ângulos de ligação para diminuir de cerca de 120 ° no SP 2 orbitais para cerca de 109,5 ° no SP 3 orbitais. Esta diminuição na ângulos de ligação permite que os títulos de dobrar menos quando se fecha a esfera ou tubo, e assim, a molécula se torna mais estável.

Outros átomos pode ser preso dentro de fulerenos para formar compostos de inclusão conhecido como fulerenos endohedral. Um exemplo incomum é a forma de ovo fulereno Tb 3 N @ C 84, que viola a regra pentágono isolado. A evidência recente de um impacto de meteoro no final do Permiano período foi encontrado através da análise de gases nobres assim preservados. Metallofullerene baseados inóculos usando o rhonditic processo de aço estão começando a produção como uma das primeiras comercialmente viáveis utilizações de fulereno.

Solubilidade

Fulerenos

C 60, em solução

Fulerenos

C60 em azeite extra virgem mostrando a característica cor púrpura de imaculadas C60 soluções

Fulerenos são moderadamente solúvel em muitos solventes.

Solventes comuns para os fulerenos incluem aromáticos, tais como tolueno, e outros como dissulfureto de carbono. Soluções de buckminsterfulereno puro tem uma cor púrpura intensa. Soluções de C 70 são de um castanho avermelhado.

Os fulerenos superiores C 76 até C 84 tem uma variedade de cores.

C 76 tem duas formas óticos, enquanto outros fulerenos maiores têm vários isômeros estruturais.

Fulerenos são a única conhecida alótropo de carbono que pode ser dissolvido em solventes comuns à temperatura ambiente.

Algumas estruturas de fulereno não são solúveis, porque eles têm um pequeno gap entre o solo e estados excitados. Estes incluem os fulerenos pequenas C 28, C 36 e C 50. A estrutura C 72 é também nesta classe, mas a versão endohedral com um preso lantanídeo átomo grupo é solúvel devido à interação do átomo de metal e os estados eletrônicos do fulereno.

Os pesquisadores haviam sido originalmente intrigado com C 72 estando ausente no extrato de fuligem fulereno plasma gerado, mas encontrada em amostras endohedral. Fulerenos pequeno intervalo da banda são altamente reativos e se ligam a outros fulerenos ou partículas de fuligem.

Solventes que são capazes de dissolver buckminsterfulereno (C 60 e C 70) estão listados na esquerda a fim de maior solubilidade.

O valor dado a solubilidade é a concentração aproximada saturada.

Solubilidade do C 60 em alguns solventes mostra comportamento incomum, devido à existência de fases solvato (análogos de crystallohydrates).

Por exemplo, a solubilidade de C 60, em benzeno solução mostra no máximo a cerca de 313 K. A cristalização a partir de solução de benzeno a temperaturas inferiores a obter o máximo em formação de triclínica sólido solvato com quatro moléculas de benzeno C 60 · 4C 6 H 6, que é bastante instável em ar.

Para fora da solução, esta estrutura se decompõe em habitual fcc C 60, em tempo poucos minutos.

A temperaturas acima de máxima solubilidade do solvato não é estável, mesmo quando imersos em solução saturada e derrete com formação de FCC C 60.

A cristalização a temperaturas acima dos resultados solubilidade máxima em formação de puro fcc C 60.

Milímetro de tamanho de cristais de C 60 e C 70 pode ser cultivada a partir de solução tanto para solvatos e fulerenos puros.

Solvente C 60 C 70
1-chloronaphthalene 51 mg / mL *
1-metilnaftaleno 33 mg / mL *
1,2-diclorobenzeno 24 mg / mL 36,2 mg / mL
1,2,4-trimetilbenzeno 18 mg / mL *
tetra 16 mg / mL *
dissulfureto de carbono 8 mg / mL 9,875 mg / mL
1,2,3 tribromopropane- 8 mg / mL *
clorobenzeno 7 mg / mL *
xileno 5 mg / mL 3,985 mg / mL (p-xileno)
bromofórmio 5 mg / mL *
cumeno 4 mg / mL *
tolueno 3 mg / mL 1,406 mg / mL
benzeno 1,5 mg / mL 1,3 mg / mL
tetracloreto de carbono 0,447 mg / mL 0,121 mg / mL
clorofórmio 0,25 mg / mL *
n- hexano 0,046 mg / mL 0,013 mg / mL
ciclohexano 0,035 mg / mL 0,08 mg / mL
tetrahidrofurano 0,006 mg / mL *
acetonitrila 0,004 mg / mL *
metanol 0,000 04 mg / mL *
água 1,3 × 10 -11 mg / mL *
pentano 0,004 mg / mL 0,002 mg / mL
heptano * 0,047 mg / mL
octano 0,025 mg / mL 0,042 mg / mL
isooctano 0,026 mg / mL *
decano 0,070 mg / mL 0,053 mg / mL
dodecano 0,091 mg / mL 0,098 mg / mL
tetradecano 0,126 mg / mL *
acetona * 0,0019 mg / mL
isopropanol * 0,0021 mg / mL
dioxano 0,0041 mg / mL *
mesitileno 0,997 mg / mL 1,472 mg / mL
diclorometano 0,254 mg / mL 0,080 mg / mL
*: Solubilidade Não Medida

Uso em pesquisa

Alguns fulerenos (por exemplo, C 76, C 78, 80 C, e C 84) são inerentemente quiral, porque eles são D 2-simétrica, e têm sido resolvidos com sucesso.

Os esforços de pesquisa estão em andamento para desenvolver sensores específicos para os seus enantiômeros.

Enquanto a investigação do cancro do passado envolvia a radioterapia, a terapia fotodinâmica é importante estudar porque avanços em tratamentos para as células tumorais dará mais opções para pacientes com condições diferentes. Mais experiências recentes, utilizando células HeLa na investigação do cancro envolve o desenvolvimento de novos fotossensibilizadores com maior capacidade de ser absorvida pelas células cancerosas e ainda desencadear a morte celular. Também é importante que um fotossensibilizador novo não permanecem no corpo durante muito tempo, para evitar danos célula não desejada.

Fulerenos pode ser feita para ser absorvida pelo células HeLa. As C 60 derivados podem ser entregues às células usando os grupos funcionais de L-fenilalanina e ácido fólico, e L-arginina, entre outros. A finalidade para a funcionalização dos fulerenos é aumentar a solubilidade da molécula pelas células cancerosas. As células cancerosas levar até estas moléculas em uma taxa aumentada devido a uma regulação positiva de transportadores na célula cancerosa, neste caso os transportadores de aminoácidos irá trazer a L-arginina e L-fenilalanina grupos funcionais dos fulerenos.

Uma vez absorvido pelas células, os derivados de C 60 que reagem à luz radiação, rodando o oxigénio molecular em oxigénio reativo que desencadeia a apoptose nas células HeLa e células cancerosas outros que podem absorver a molécula fulereno. Esta pesquisa mostra que uma substância reativa pode direcionar as células cancerosas e, em seguida, ser desencadeada por radiação de luz, minimizando os danos aos tecidos em volta durante o tratamento.

Quando absorvida pelas células cancerosas e expostos a radiação da luz, a reação que cria danos reativas de oxigénio o DNA, proteínas e lípidos que formam a célula cancerosa. Este dano celular obriga a célula cancerosa que passar por apoptose, o que pode levar à redução do tamanho de um tumor.

Uma vez que o tratamento com radiação de luz é terminar o fulereno vai reabsorver os radicais livres, para evitar danos de outros tecidos.

Uma vez que este tratamento se concentra em células cancerosas é uma boa opção para pacientes cujo câncer células estão dentro do alcance da radiação de luz.

Como esta investigação continua no futuro, será capaz de penetrar mais profundamente no corpo, e mais eficazmente absorvida pelas células cancerosas.

Segurança e toxicidade

Moussa et al. (1996-7) estudaram a toxicidade in vivo de C 60 após a injeção intra-peritoneal de administração de grandes doses.

Não há evidência de toxicidade foi encontrado e os ratinhos tolerado numa dose de 5 000 mg / kg de peso corporal (BW). Mori et al. (2006) não podia encontrar toxicidade em roedores para C 60 e C 70 misturas após a administração oral de uma dose de 2 000 mg / kg de peso corporal e não observaram evidências de potencial genotóxico ou mutagênico in vitro.

Outros estudos não foi possível estabelecer a toxicidade de fulerenos: Pelo contrário, o trabalho de Gharbi et al (2005) sugeriu que aquosas C 60 suspensões não produzir toxicidade aguda ou subaguda em roedores também poderia proteger os seus fígados em uma dose forma dependente da contra danos dos radicais livres. Em 2012, foi revelado que a administração oral prolongou o tempo de vida de ratos por quase 100%, sem exibir os efeitos tóxicos.

Uma revisão abrangente e recente sobre a toxicidade do fulereno é dada por Kolosnjaj et al. (2007a, b, c). Estes autores revisam os trabalhos no início toxicidade fulereno no início de 1990 para apresentar e concluir que muito pouco provas recolhidas desde a descoberta dos fulerenos C 60 indicam que é tóxico.

Com referência aos nanotubos, um estudo recente da Polônia et al. (2008) em nanotubos de carbono introduzido na cavidade abdominal de camundongos levou os autores a sugerir comparações com " amianto patogenicidade-like ". Deve notar-se que esta não era um estudo de inalação, embora tenha havido vários realizada no passado, por isso, é prematuro concluir que nanotubos deve ser considerada como tendo um perfil toxicológico semelhante ao amianto.

Por outro lado, e, talvez, ilustrativa da forma como as várias classes de moléculas que se enquadram no âmbito do termo geral fulereno cobrir uma vasta gama de propriedades, Sayes et al.

Descobriram que, em inalação in vivo de C 60 (OH) 24 e nano-C 60, em ratos deu nenhum efeito, enquanto que em partículas de quartzo comparador produzida uma resposta inflamatória sob as mesmas condições. Como afirmado acima, os nanotubos são bastante diferentes na propriedades químicas e físicas para C 60, isto é, peso molecular, forma, tamanho, propriedades físicas (tais como solubilidade) todos são muito diferentes, então do ponto de vista toxicológico, resultados diferentes para C 60 e nanotubos não são sugestivos de qualquer discrepância nos resultados.

Quando considerando os dados toxicológicos, cuidados devem ser tomados para distinguir se necessário entre o que são normalmente referido como fulerenos: (C 60, C 70, ...); derivados de fulereno: C 60 ou fulerenos com outros grupos químicos ligados covalentemente; complexos fulereno (por exemplo, água-solubilizado com surfactantes, tais como C-60 PVP; hospedeiro hóspedes-complexos, tais como com ciclodextrina), onde o fulereno está fisicamente ligado a uma outra molécula; C 60 nanopartículas, que são estendidos em fase sólida agregados de C 60; e nanotubos cristalitos, que são geralmente muito maior (em termos de peso molecular e tamanho) moléculas, e são diferentes em forma à esferoidal fulerenos C 60 e C 70, bem como ter química diferente e propriedades físicas.

As moléculas acima diferentes abrange a gama de materiais insolúveis em meios quer hidrofílicos ou lipofílicos, a moléculas hidrófilas, lipofílico, ou mesmo anfifílico, e com outras variáveis propriedades físicas e químicas. Por conseguinte, qualquer generalização ampla extrapolando para resultados exemplo a partir de C 60 a nanotubos ou vice-versa não é possível, embora tecnicamente todos são fulerenos, como o termo é definido como uma molécula de close-engaiolados a totalidade do carbono. Qualquer extrapolação dos resultados de uma molécula para outras moléculas devem ter em conta considerações baseadas em um estudo de relação estrutural análise quantitativa (QSAR), que geralmente depende de quão perto as moléculas em estudo estão em propriedades físicas e químicas.

Fonte: www.wisegeek.com/www.worldofmolecules.com/www.chemical-engineering.co/br.geocities.com

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