I fullereni in Natura esistono ovunque, e specialmente dove c'è carbonio e alte energie. Esistono vicino alle stelle di carbonio, nello spazio interstellare, nei luoghi in cui colpiscono i fulmini, vicino ai crateri vulcanici e si formano quando il gas brucia in una stufa a gas domestica o nella fiamma di un normale accendino.

I fullereni si trovano anche in luoghi di accumulo di antiche rocce carboniose. Un posto speciale appartiene ai minerali della Carelia: la shungite. Queste rocce, contenenti fino all'80% di carbonio puro, hanno circa 2 miliardi di anni. La natura della loro origine non è ancora chiara. Una delle ipotesi è la caduta di un grande meteorite di carbonio.

Fullerenes in Shungites Stone è un argomento ampiamente discusso in molte pubblicazioni stampate e sulle pagine dei siti Internet. In questa occasione, ci sono molte opinioni contrastanti, in relazione alle quali sia i lettori che gli utenti dei prodotti shungite hanno molte domande. Le shungiti contengono davvero una forma molecolare di carbonio: i fullereni? Le "acque Marcial" medicinali contengono fullereni? È possibile bere acqua infusa con shungite e quali saranno i benefici di questo? Sulla base della nostra esperienza nella ricerca scientifica delle proprietà di varie shungite, di seguito diamo la nostra opinione su queste e alcune altre domande frequenti.

Attualmente sono molto diffusi i prodotti realizzati con l'utilizzo di shungite careliana. Si tratta di vari filtri per la purificazione dell'acqua, piramidi, pendenti, prodotti schermanti dalle radiazioni elettromagnetiche, paste e solo pietrisco di shungite e molti altri tipi di prodotti offerti come mezzi preventivi, terapeutici e di miglioramento della salute. Inoltre, di regola, in l'anno scorso proprietà medicinali tipi diversi le shungiti sono attribuite ai fullereni che contengono.

Presto, dopo la scoperta dei fullereni nel 1985, iniziò una ricerca attiva per loro in Natura. I fullereni sono stati trovati nella shungite careliana, come riportato in varie pubblicazioni scientifiche. A nostra volta, abbiamo sviluppato approcci metodologici alternativi per isolare i fullereni dalle shungiti e dimostrare la loro presenza. Gli studi hanno analizzato campioni prelevati in diverse regioni di Zaonezhie, dove si trovano rocce di shungite. Prima dell'analisi, i campioni di shungite sono stati macinati allo stato di microdispersione.

Ricordiamo che la shungite è un reticolo di silicato traforato, i cui vuoti sono riempiti con carbonio di shungite, che nella sua struttura è un prodotto intermedio tra il carbonio amorfo e la grafite. Anche nel carbonio shungite ci sono composti organici naturali a basso e alto peso molecolare (LHMWC) di inspiegabile Composizione chimica... Le shungiti differiscono nella composizione della base minerale (silicato di alluminio, siliceo, carbonato) e nella composizione del carbonio della shungite. Le shungiti sono suddivise in a basso tenore di carbonio (fino al 5% C), a medio tenore di carbonio (5 - 25% C) e ad alto tenore di carbonio (25 - 80% C). Dopo la combustione completa della shungite nella cenere, oltre al silicio, si trovano Fe, Ni, Ca, Mg, Zn, Cd, V, Mo, Cu, Ce, As, W e altri elementi.

Il fullerene nel carbonio di shungite è sotto forma di complessi speciali donatori-accettori polari con PONVS. Pertanto, non si verifica un'efficace estrazione di fullereni da esso con solventi organici, ad esempio toluene, in cui i fullereni sono facilmente solubili, e la scelta di un tale metodo di estrazione porta spesso a risultati contraddittori sulla reale presenza di fullereni nelle shungiti.

A questo proposito, abbiamo sviluppato un metodo per l'estrazione ad ultrasuoni di una dispersione idro-detergente di shungite con il successivo trasferimento di fullereni da un mezzo polare a una fase di solvente organico. Dopo diverse fasi di estrazione, concentrazione e purificazione, è possibile ottenere una soluzione in esano i cui spettri UV e IR sono caratteristici degli spettri del fullerene C 60 puro. Inoltre, un chiaro segnale nello spettro di massa con m / z = 720 (Fig. sotto) è una conferma inequivocabile della presenza del solo fullerene C 60 nelle shungiti.

252 Cf-PD spettro di massa dell'estratto di shungite. Il segnale a 720 amu è fullerene C 60 e i segnali da 696, 672 sono ioni frammento caratteristici del fullerene C 60, che si formano in condizioni di ionizzazione per desorbimento al plasma.

Tuttavia, abbiamo scoperto che non tutti i campioni di shungite contengono fullereni. Di tutti i campioni di shungite fornitici dall'Istituto di geologia del Centro scientifico careliano dell'Accademia delle scienze russa (Petrozavodsk, Russia) e prelevati da diverse regioni di presenza di rocce di shungite, il fullerene C 60 è stato trovato solo in un campione di shungite ad alto tenore di carbonio contenente oltre l'80% di carbonio. Inoltre, conteneva circa lo 0,04 %. Da ciò si può concludere che non tutti i campioni di shungite contengono fullerene, almeno nella quantità disponibile per la sua rilevazione con i moderni metodi di analisi fisico-chimica altamente sensibili.

Insieme a questo, è ben noto che le shungiti possono contenere una quantità abbastanza grande di impurità, inclusi ioni di metalli pesanti polivalenti. E quindi, l'acqua infusa con shungite può contenere impurità tossiche indesiderate.

Ma perché, allora, l'acqua Marcial (acqua naturale careliana che passa attraverso rocce contenenti shungite) ha proprietà biologiche così uniche. Ricordiamo che ai tempi di Pietro il Grande, su sua iniziativa personale, fu aperta in Carelia una sorgente curativa "Acque Marziali" (per maggiori dettagli, vedi). Per molto tempo nessuno ha saputo spiegare il motivo dello speciale proprietà medicinali questa fonte. È stato ipotizzato che l'aumento del contenuto di ferro di queste acque sia responsabile degli effetti curativi. Tuttavia, ci sono molte fonti di ferro sulla Terra, ma di solito effetti curativi dalla loro ammissione sono molto limitate. Solo dopo la scoperta del fullerene nelle rocce di shungite attraverso le quali scorre la sorgente, è sorta l'ipotesi che il fullerene sia la ragione principale, la quiescenza dell'effetto terapeutico delle acque Marcial.

Infatti, l'acqua che attraversa a lungo gli strati di roccia shungite "lavata" non contiene quantità tangibili di impurità nocive. L'acqua è "satura" della struttura che la roccia le conferisce. Il fullerene contenuto nella shungite promuove l'ordinamento delle strutture dell'acqua e la formazione di cluster di idrati simili al fullerene e l'acquisizione delle proprietà biologiche uniche delle acque Marcial. La shungite drogata con fullerene è una sorta di strutturante naturale dell'acqua che la attraversa. Allo stesso tempo, nessuno è ancora stato in grado di rilevare i fullereni nelle acque marziali o in un estratto acquoso di shungite: o non vengono lavati via dalla shungite, o se vengono lavati, quindi in quantità così scarse che non vengono rilevate con uno qualsiasi dei metodi noti. Inoltre, è ben noto che i fullereni non si dissolvono spontaneamente in acqua. E se le molecole di fullereni fossero contenute nell'acqua Marcial, le sue proprietà benefiche sarebbero preservate per molto tempo. Tuttavia, è attivo solo per un breve periodo. Proprio come "l'acqua di fusione", satura di grappoli, strutture simili al ghiaccio, l'acqua Marcial, contenente strutture vitali simili a fullereni, conserva le sue proprietà solo per poche ore. Quando si immagazzina l'acqua Marcial, così come l'acqua "scongelata", i gruppi di acqua ordinati si autodistruggono e l'acqua acquisisce proprietà strutturali, come nell'acqua normale. Pertanto, non ha senso versare tale acqua in contenitori e conservarla a lungo. Manca un elemento formante e portante la struttura - fullerene C 60 in uno stato idratato, che è in grado di mantenere gruppi d'acqua ordinati per un tempo arbitrariamente lungo. In altre parole, affinché l'acqua mantenga a lungo le sue strutture naturali a grappolo, è necessaria la presenza costante di un fattore di formazione della struttura in essa. Per questo, la molecola di fullerene è ottimale, come abbiamo visto studiando per molti anni le proprietà uniche del fullerene C 60 idratato.

Tutto è iniziato nel 1995, quando abbiamo sviluppato un metodo per ottenere soluzioni colloidali molecolari di fullereni idrati in acqua. Quindi abbiamo fatto conoscenza con un libro che raccontava le proprietà insolite delle acque Marcial. Abbiamo cercato di riprodurre l'essenza naturale delle acque Marcial in condizioni di laboratorio. Per questo è stata utilizzata acqua di elevata purezza, a cui è stato aggiunto fullerene C 60 idrato in dosi molto piccole utilizzando una tecnologia speciale. Successivamente, iniziarono a essere eseguiti vari test biologici a livello delle singole biomolecole, delle cellule viventi e dell'intero organismo. I risultati sono stati sorprendenti. In quasi tutte le patologie, abbiamo riscontrato solo effetti biologici positivi dell'azione dell'acqua con il fullerene idrato C 60, e gli effetti del suo utilizzo non solo coincidevano completamente, ma addirittura superavano in molti parametri gli effetti descritti per le acque Marcial in I tempi di Pietro. Molti cambiamenti patologici in un organismo vivente scompaiono e ritorna al suo stato normale e sano. Ma questo non è un farmaco mirato e non un alieno composto chimico, ma solo una palla di carbonio disciolta in acqua. Inoltre, sembra che il fullerene C 60 idratato aiuti a riportare allo "stato normale" eventuali cambiamenti negativi nel corpo dovuti al ripristino e al mantenimento di quelle strutture che ha generato, come una matrice, nel processo di origine della vita .

Pertanto, a quanto pare, non è un caso che Orlov A.D. nel suo libro "La shungite è una pietra acqua pura., confrontando le proprietà di shungite e fullereni, parla di quest'ultimo come della quintessenza della salute.

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- una delle forme di carbonio puro, in cui gli atomi sono collegati tra loro in un reticolo cristallino che ricorda un pallone da calcio. A seconda del numero di atomi, i fullereni possono essere inferiori (da 24 a 70 atomi) e superiori (70 o più atomi). Le molecole di fullerene con 60 e 70 atomi sono di interesse pratico come le più comuni (C60 e C70, rispettivamente).

Fullereni, gamma isomerica:

Grazie alle loro proprietà uniche: battericida, antiossidante, assorbente, fullereni in futuro hanno una seria prospettiva per l'uso in medicina:

Additivo agli oli biologici, cosmetologia, cosmesi medicinale: rimedi per psoriasi, dermatiti e funghi, rimedi per la caduta dei capelli, rimedi per eliminare cicatrici, smagliature, pigmentazione.
Farmaci farmacologici: farmaci antiustione e cicatrizzanti (accelerazione del processo di guarigione di 2-2,5 volte, sollievo dal dolore), antibatterici e disinfettanti non tossici, farmaci per gastrite, ulcere, cancro gastrointestinale, tubercolosi e ulcere batteriche, ACNE. Preparati oftalmici e ginecologici (non corrode le mucose). Farmaci immunostimolanti e antiallergici (allo stesso tempo). Potenzialmente una cura per il cancro.
Integratori alimentari: il fullerene è un potente antiossidante (la capacità antiossidante è superiore a quella del acido ascorbico 135 volte), neutralizza i radicali liberi.

Rivestimento della ferita con fullereni idrati (fullerenoli C (60/70) OH (X)):

L'effetto dei fullereni sulla crescita del tumore:

Essendo una forma stabile di nanoparticelle di carbonio, i fullereni forniscono proprietà uniformi di singoli cristalli e film industriali.

Elettronica e ottica:

Ottica non lineare: pellicole per lenti ottiche.
Composti superconduttori: carburo di silicio ad alta densità a base di fullereni.
Celle solari: i film in carburo di silicio ad alta densità aumentano l'efficienza energetica solare fino a + 30%.
Materiali industriali e da costruzione:
Additivo per oli industriali, gomma e plastica: l'efficienza dell'olio per macchine aumenta di 2-3 volte, la durata dei prodotti in gomma e plastica aumenta di 4 volte e aumenta anche la resistenza al freddo di questi prodotti.
Rivestimenti protettivi: avanzati rivestimenti antiaderenti e a basso attrito.
Materiali compositi induriti per dispersione.
Additivi fullerenici per la crescita di film diamantati.

Film fullerene:

Modello fullerite:

L'unico modo per ottenere volumi significativi di fullerene è il cosiddetto. il metodo Kretschmer, in cui due barre di carbonio vengono bruciate in un arco di plasma. Consente di ottenere 0,2-0,5% di fullerene dalla massa dei bastoncini. Si tratta di un processo lento e occorrono diversi giorni e un'enorme quantità di elettricità per produrre una quantità significativa di prodotto (i moderni impianti consumano circa 50 kW). Ma non è tutto, quindi è necessario "lavare" il fullerene dal nerofumo non necessario. Questo, a seconda della tecnologia utilizzata, richiede dalle 2 alle 4 settimane. Questo consuma una grande quantità di solvente. il fullerene non si dissolve nell'acqua.

Diagramma schematico Installazioni di Kretschmer:

Pertanto, a causa della complessità esorbitante e dell'alto costo di produzione, i fullereni hanno sempre attirato un interesse puramente scientifico, ma non di più.

Gli scienziati russi del Laboratorio di materiali nanocarbonici dell'Università politecnica statale di San Pietroburgo hanno ottenuto risultati significativi sia nel campo dell'ottenimento del fullerene che nel campo del suo lavaggio e dell'ottenimento delle sue importanti modifiche. I metodi sviluppati da loro consentono di intensificare il processo di combustione delle barre di carbonio, che ha permesso di aumentare l'efficienza della conversione della fuliggine in fullerene fino a qualche punto percentuale (di 15-20 volte).

Il laboratorio analizza anche la qualità del prodotto. Per questo vengono utilizzati i metodi di controllo più moderni: cromatografico, spettrometrico IR, spettrometrico di massa.

Spettrogramma di massa fullerene:

Attualmente il laboratorio collabora attivamente con diversi istituti di ricerca medica e tecnica. Questa collaborazione ha già portato a ricerche e brevetti completati (

La scoperta dei fullereni - nuova forma l'esistenza di uno degli elementi più comuni sulla Terra - il carbonio, è riconosciuta come una delle scoperte sorprendenti e più importanti nella scienza del XX secolo. Nonostante la capacità unica e nota da tempo degli atomi di carbonio di legarsi a strutture molecolari complesse, spesso ramificate e voluminose che costituiscono la base di tutta la chimica organica, l'effettiva possibilità della formazione di molecole stabili dal solo carbonio era ancora inaspettata. La conferma sperimentale che molecole di questo tipo, costituite da 60 o più atomi, possono formarsi nel corso di processi naturali in natura, ha avuto luogo nel 1985. E molto prima, alcuni autori presumevano la stabilità delle molecole con una sfera di carbonio chiusa. Tuttavia, queste ipotesi erano di natura puramente speculativa, puramente teorica. Era piuttosto difficile immaginare che tali composti potessero essere ottenuti per sintesi chimica. Pertanto, queste opere sono rimaste inosservate e l'attenzione è stata attirata su di esse solo a posteriori, dopo la scoperta sperimentale dei fullereni. Una nuova fase iniziò nel 1990, quando fu trovato un metodo per ottenere nuovi composti in quantità di grammo e fu descritto un metodo per isolare i fullereni in forma pura. Subito dopo sono state determinate le caratteristiche strutturali e fisico-chimiche più importanti del fullerene C 60, il composto più facilmente formabile tra i fullereni conosciuti. Per la loro scoperta - la scoperta di cluster di carbonio della composizione C 60 e C 70 - R. Curl, R. Smalley e G. Kroto sono stati premiati nel 1996 premio Nobel in chimica. Hanno anche proposto la struttura del fullerene C 60, che è noto a tutti gli appassionati di calcio.

Come sai, il guscio di un pallone da calcio è tagliato da 12 pentagoni e 20 esagoni. In teoria, sono possibili 12.500 varianti della disposizione di doppi e singoli legami. L'isomero più stabile (mostrato in figura) ha una struttura icosaedrica troncata, in cui non sono presenti doppi legami nei pentagoni. Questo isomero C 60 è stato chiamato "Buckminsterfullerene" in onore del famoso architetto R. Buckminster Fuller, che ha creato strutture con una cornice a cupola costituita da pentagoni ed esagoni. Ben presto fu proposta una struttura per il C 70, che ricordava un pallone da rugby (dalla forma allungata).

Nella struttura del carbonio, gli atomi di C sono caratterizzati da sp 2 -ibridazione, con ogni atomo di carbonio legato a tre atomi vicini. La valenza 4 è realizzata a causa dei legami p tra ciascun atomo di carbonio e uno dei suoi vicini. Naturalmente, si presume che i legami p possano essere delocalizzati, come nei composti aromatici. Tali strutture possono essere costruite con n≥20 per qualsiasi cluster pari. Dovrebbero contenere 12 pentagoni e (n-20) / 2 esagoni. Il più basso dei fullereni C 20 teoricamente possibili non è altro che un dodecaedro - uno dei cinque poliedri regolari, che ha 12 facce pentagonali e nessuna faccia esagonale. Una molecola di questa forma avrebbe una struttura estremamente tesa, e quindi la sua esistenza è energeticamente svantaggiosa.

Pertanto, dal punto di vista della stabilità, i fullereni possono essere suddivisi in due tipi. Il confine tra loro ti consente di disegnare il cosiddetto. la regola del Pentagono isolato (DPI). Questa regola afferma che i fullereni più stabili sono quelli in cui nessuna coppia di pentagoni ha bordi adiacenti. In altre parole, i pentagoni non si toccano e ogni pentagono è circondato da cinque esagoni. Se disponiamo i fullereni nell'ordine del numero crescente di atomi di carbonio n, allora Buckminsterfullerene - C 60 è il primo rappresentante che soddisfa la regola dei pentagoni isolati e C 70 è il secondo. Tra le molecole di fullerene con n>70, c'è sempre un isomero che obbedisce all'IPR e il numero di tali isomeri aumenta rapidamente con l'aumento del numero di atomi. Trovati 5 isomeri per C 78, 24 per C 84 e 40 per C 90. Gli isomeri con pentagoni adiacenti nella loro struttura sono molto meno stabili.

Chimica del fullerene

Attualmente, la maggior parte della ricerca scientifica è relativa alla chimica dei fullereni. Sono già stati sintetizzati più di 3mila nuovi composti a base di fullereni. Un così rapido sviluppo della chimica dei fullereni è associato alle caratteristiche strutturali di questa molecola e alla presenza di un gran numero di doppi legami coniugati su una sfera di carbonio chiusa. La combinazione del fullerene con rappresentanti di molte classi note di sostanze ha aperto la possibilità ai chimici di sintesi di ottenere numerosi derivati ​​di questo composto.

A differenza del benzene, dove le lunghezze dei legami C-C sono le stesse, nei fullereni si possono distinguere legami di carattere più "doppio" e più "singolo", e i chimici spesso considerano i fullereni come sistemi polienici carenti di elettroni e non come molecole aromatiche. Se passiamo a C 60, allora ci sono due tipi di legami in esso: legami più corti (1,39 ) che corrono lungo bordi comuni di facce esagonali adiacenti e legami più lunghi (1,45 Å) situati lungo bordi comuni di facce pentagonali ed esagonali. Allo stesso tempo, né gli anelli a sei membri né, ancor più, gli anelli a cinque membri mostrano proprietà aromatiche nel senso in cui le esibiscono il benzene o altre molecole coniugate planari che obbediscono alla regola di Hückel. Pertanto, di solito i legami più corti in C 60 sono considerati doppi, mentre quelli più lunghi sono singoli. Una delle caratteristiche più importanti dei fullereni è che hanno un numero insolitamente elevato di centri di reazione equivalenti, che spesso porta a una complessa composizione isomerica dei prodotti di reazione con la loro partecipazione. Di conseguenza, la maggior parte delle reazioni chimiche con i fullereni non sono selettive e la sintesi dei singoli composti è molto difficile.

Tra le reazioni per la preparazione di derivati ​​fullerenici inorganici, i più importanti sono i processi di alogenazione e la preparazione dei più semplici derivati ​​alogeno, nonché le reazioni di idrogenazione. Pertanto, queste reazioni sono state tra le prime effettuate con il fullerene C 60 nel 1991. Consideriamo i principali tipi di reazioni che portano alla formazione di questi composti.

Subito dopo la scoperta dei fullereni, suscitò grande interesse la possibilità della loro idrogenazione con formazione di "fullerani". Inizialmente sembrava possibile aggiungere al fullerene sessanta atomi di idrogeno. Successivamente, in lavori teorici è stato dimostrato che nella molecola C 60 H 60 alcuni degli atomi di idrogeno dovrebbero trovarsi all'interno della sfera del fullerene, poiché gli anelli a sei membri, come le molecole di cicloesano, dovrebbero assumere le conformazioni di una "sedia" o "bagno". Pertanto, le molecole di poliidrofullerene attualmente note contengono da 2 a 36 atomi di idrogeno per il fullerene C 60 e da 2 a 8 per il fullerene C 70.

Durante la fluorurazione dei fullereni, è stato trovato un set completo di composti С 60 F n, dove n assume valori pari fino a 60. I derivati ​​​​del fluoro con n da 50 a 60 sono chiamati perfluoruri e si trovano tra i prodotti di fluorurazione mediante spettroscopia di massa in concentrazioni estremamente basse. Esistono anche iperfluoruri, cioè prodotti della composizione C 60 F n, n > 60, in cui lo scheletro carbonioso del fullerene è parzialmente distrutto. Si presume che questo sia il caso anche per i perfluoruri. La sintesi di fluoruri di fullerene di varie composizioni è un problema indipendente e interessante, il cui studio è più attivamente impegnato presso la Facoltà di Chimica dell'Università statale di Mosca. M.V. Lomonosov.

Uno studio attivo dei processi di clorazione dei fullereni in varie condizioni è iniziato già nel 1991. Nei primi lavori, gli autori hanno cercato di ottenere cloruri C 60 dall'interazione di cloro e fullerene in vari solventi. Ad oggi sono stati isolati e caratterizzati diversi singoli cloruri di fullereni C 60 e C 70 ottenuti utilizzando vari agenti cloruranti.

I primi tentativi di bromurare il fullerene furono fatti già nel 1991. Il fullerene C 60, posto in bromo puro ad una temperatura di 20 e 50° C, ha aumentato la massa di una quantità corrispondente all'aggiunta di 2-4 atomi di bromo per molecola di fullerene. Ulteriori studi sulla bromurazione hanno mostrato che quando il fullerene C 60 interagisce con il bromo molecolare per diversi giorni, si ottiene una sostanza arancione brillante, la cui composizione, come determinato dall'analisi elementare, era C 60 Br 28. Successivamente sono stati sintetizzati diversi bromoderivati ​​dei fullereni, che differiscono in un'ampia gamma di valori per il numero di atomi di bromo nella molecola. Molti di questi sono caratterizzati dalla formazione di clatrati con l'inclusione di molecole di bromo libere.

L'interesse per i derivati ​​perfluoroalchilici, in particolare i derivati ​​fullerenici trifluorometilati, è principalmente associato alla stabilità cinetica attesa di questi composti rispetto a quelli soggetti a reazioni di sostituzione nucleofila S N 2' con derivati ​​fullerenici alogenati. Inoltre, i perfluoroalchilfullereni possono essere di interesse come composti con elevata affinità elettronica a causa delle proprietà accettore ancora più forti dei gruppi perfluoroalchilici rispetto a quelle degli atomi di fluoro. Ad oggi, il numero di singoli composti isolati e caratterizzati della composizione C 60/70 (CF 3) n, n = 2-20 supera 30 e sono in corso intensi lavori per modificare la sfera del fullerene con molti altri gruppi contenenti fluoro - V 2, DO 2 FA 5, DO 3 FA 7.

La creazione di derivati ​​del fullerene biologicamente attivi, che potrebbero trovare applicazione in biologia e medicina, è associata al conferimento di proprietà idrofile alla molecola del fullerene. Uno dei metodi per la sintesi di derivati ​​idrofili del fullerene è l'introduzione di gruppi ossidrilici e la formazione di fullerenoli o fulleroli contenenti fino a 26 gruppi OH, nonché, probabilmente, ponti ossigeno simili a quelli osservati nel caso degli ossidi. Tali composti sono facilmente solubili in acqua e possono essere utilizzati per la sintesi di nuovi derivati ​​fullerenici.

Come per gli ossidi di fullerene, i composti С 60 О e С 70 О sono sempre presenti nelle miscele iniziali di fullereni nell'estratto in piccole quantità. Probabilmente, l'ossigeno è presente nella camera durante una scarica ad arco elettrico e alcuni dei fullereni sono ossidati. Gli ossidi di fullerene sono ben separati su colonne con vari adsorbenti, il che consente di controllare la purezza dei campioni di fullerene e l'assenza o la presenza di ossidi in essi. Tuttavia, la bassa stabilità degli ossidi di fullerene ostacola il loro studio sistematico.

Quello che si può notare sulla chimica organica dei fullereni è che, essendo un poliene elettron-carente, il fullerene C 60 mostra una tendenza alle reazioni radicaliche, nucleofile e di cicloaddizione. Varie reazioni di cicloaddizione sono particolarmente promettenti in termini di funzionalizzazione della sfera del fullerene. In virtù della sua natura elettronica, C 60 è in grado di partecipare a reazioni di β-cicloaddizione, ei casi più tipici sono quando n = 1, 2, 3 e 4.

Il problema principale risolto dai chimici di sintesi operanti nel campo della sintesi di derivati ​​del fullerene, rimane ad oggi la selettività delle reazioni. Le caratteristiche della stereochimica dell'addizione ai fullereni consistono in un numero enorme di isomeri teoricamente possibili. Quindi, per esempio, nel composto C 60 X 2 ce ne sono 23, in C 60 X 4 ce ne sono già 4368, tra questi 8 sono i prodotti di addizione a due doppi legami. Gli isomeri 29 C 60 X 4, tuttavia, non avranno un significato chimico, avendo uno stato fondamentale di tripletta derivante dalla presenza di un atomo di carbonio ibridizzato sp2 circondato da tre atomi ibridati sp 3 che formano legami C-X. Il numero massimo di isomeri teoricamente possibili senza tener conto della molteplicità dello stato fondamentale sarà osservato nel caso di C 60 X 30 e sarà 985538239868524 (di questi 1294362 sono prodotti di addizione a 15 doppi legami), mentre il numero di non -isomeri singoli della stessa natura dell'esempio precedente, non si presta alla semplice contabilità, ma da considerazioni generali dovrebbe aumentare costantemente con l'aumento del numero di gruppi annessi. In ogni caso, il numero di isomeri teoricamente ammissibili nella maggior parte dei casi è enorme, ma passando a fullereni C 70 meno simmetrici e superiori, aumenta ulteriormente di diverse volte o ordini di grandezza.

In effetti, numerosi dati di calcoli quanti-chimici mostrano che la maggior parte delle reazioni di alogenazione e idrogenazione dei fullereni procedono con la formazione di, se non gli isomeri più stabili, quindi almeno leggermente differiscono da essi in energia. Le maggiori discrepanze si osservano nel caso di idruri di fullereni inferiori, la cui composizione isomerica, come mostrato sopra, può dipendere anche leggermente dalla via di sintesi. Ma in questo caso, la stabilità degli isomeri risultanti è ancora estremamente vicina. Lo studio di queste regolarità nella formazione dei derivati ​​fullerenici è il compito più interessante, la cui soluzione porta a nuovi progressi nella chimica dei fullereni e dei loro derivati.

Nel 1985 fu scoperta una molecola composta da 60 atomi di carbonio, disposti come un pallone da calcio: il fullerene, dal nome dell'ingegnere Richard Fuller, che divenne famoso per le costruzioni di questa forma. Oltre alla sua forma sorprendentemente simmetrica, questa molecola, che è la terza forma allotropica del carbonio (dopo il diamante e la grafite), si è rivelata qualcosa di simile alla pietra filosofale degli alchimisti.

Fino a poco tempo, non smette mai di stupire gli scienziati con la sua tossicità estremamente bassa (soprattutto rispetto a nanotubi disposti in modo simile) e altre proprietà sorprendenti. I meccanismi di interazione dei fullereni con le cellule non sono ancora chiari, ma il risultato può davvero essere definito magico.

Ecco un elenco tutt'altro che completo di quelle proprietà che interessano medici e biologi. Fullerene e suoi derivati ​​possono essere utilizzati:

• proteggere il corpo dalle radiazioni e dalle radiazioni ultraviolette;
• per proteggere da virus e batteri;
• per proteggersi dalle allergie. Pertanto, negli esperimenti in vivo, l'introduzione di derivati ​​del fullerene inibisce l'anafilassi nei topi e non si osserva alcun effetto tossico;
• come sostanza che stimola l'immunità;
• come potente antiossidante perché è un attivo spazzino dei radicali. L'attività antiossidante del fullerene è paragonabile all'effetto degli antiossidanti della classe SkQ ("ioni Skulachev") ed è 100-1000 volte superiore all'effetto degli antiossidanti convenzionali come la vitamina E, il butilidrossitoluene, il -carotene;
• come farmaci combattere il cancro;
• inibire l'angiogenesi;
• proteggere il cervello dall'alcol;
• stimolare la crescita dei nervi;
• per stimolare i processi di rigenerazione cutanea. Pertanto, il fullerene è un componente importante dei prodotti cosmetici antietà GRS e CEFINE;
• stimolare la crescita dei capelli;
• come medicinale con azione anti-amiloide.

Inoltre, il fullerene può essere utilizzato per fornire vari farmaci nella cellula e la consegna non virale di vettori genetici al nucleo cellulare.

Sembrerebbe, dove altro espandere questo elenco, ma recentemente è stato reintegrato con un altro, forse la qualità più sorprendente e incomprensibile del fullerene C60. Studiando la tossicità del fullerene C60 disciolto nell'olio d'oliva, i ricercatori francesi hanno scoperto che i ratti che ricevono regolarmente una soluzione di fullerene C60 vivono più a lungo di quelli alimentati con olio d'oliva o con una dieta regolare. (Una breve rivisitazione si trova nell'articolo "Olio d'oliva con fullereni - un elisir di giovinezza?" - VM.)

La dissoluzione in olio aumenta notevolmente l'efficienza del fullerene C60, poiché i suoi grandi aggregati (16 o più molecole) non sono in grado di penetrare nelle cellule.

Allo stesso tempo, l'aspettativa di vita è aumentata non di circa il 20-30%, come negli esperimenti con i migliori "farmaci per la vecchiaia" (come il resveratrolo o la rapamicina), ma non meno del doppio! La metà degli animali che hanno ricevuto il fullerene ha vissuto fino a 60 mesi (il ratto più anziano ha vissuto fino a 5,5 anni). Inoltre, nel gruppo di controllo (con una dieta normale), l'aspettativa di vita del 50% degli animali era di 30 mesi e il più anziano è sopravvissuto solo fino a 37 mesi. Gli animali che hanno ricevuto olio d'oliva senza fullerene hanno vissuto un po' più a lungo: il 50% di loro ha vissuto fino a 40 mesi e il topo più anziano ha vissuto fino a 58 mesi.

Diagramma di sopravvivenza per ratti alimentati: dieta regolare (linea blu), oltre alla dieta, olio di oliva (rosso) e olio di oliva con disciolto fullerene C60 (linea nera). Figura da.

Gli autori dell'articolo attribuiscono l'effetto vivificante del fullerene C60 alle sue proprietà antiossidanti. Tuttavia, è possibile che possa essere associato alla capacità del fullerene C60 di interagire con la vitamina A. È noto che i retinoidi (che includono la vitamina A) giocano ruolo importante nell'espressione di geni chiave del sistema immunitario e che la sintesi locale dei retinoidi sembra svolgere un ruolo chiave nella regolazione dell'embriogenesi e della rigenerazione.

Sfortunatamente, questi esperimenti sono stati eseguiti su piccoli gruppi di animali e richiedono quindi un'attenta verifica. Considerando il fatto che il fullerene C60 purificato prodotto in Russia costa solo circa 1800 rubli per grammo, non è così difficile ripetere questi esperimenti, per chiarire il dosaggio e la durata del "trattamento". L'altro è più complicato. Questa "terapia della vecchiaia" sarà altrettanto efficace per gli esseri umani? Dopotutto, le persone non sono topi e ci sono dozzine di esempi che dimostrano che un farmaco molto efficace negli esperimenti sui topi si è rivelato completamente inutile (se non dannoso!) Quando i test sono stati trasferiti alla clinica. Bene, il tempo lo dirà. Sarebbe anche interessante confrontare l'attività di allungamento della vita del fullerene C60 con i suoi numerosi analoghi idrosolubili sintetizzati in Russia molto recentemente.

Basato sull'articolo originale.

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Il fullerene è un composto molecolare che appartiene alla classe delle forme allotropiche del carbonio ed è un poliedro chiuso convesso composto da un numero pari di atomi di carbonio tricoordinati. La struttura unica dei fullereni determina il loro unico fisico e Proprietà chimiche.

Altre forme di carbonio: grafene, carbyne, diamante, fullerene, nanotubi di carbonio, "baffi".

Descrizione e struttura del fullerene:

Il fullerene, buckyball o buckyball è un composto molecolare appartenente alla classe delle forme allotropiche carbonio ed è un poliedro chiuso convesso composto da un numero pari di atomi di carbonio a tre coordinate.

I fullereni prendono il nome dall'ingegnere e architetto Richard Buckminster Fuller, che progettò e costruì la struttura spaziale della "cupola geodetica", che è un emisfero assemblato da tetraedri. Questo design ha portato il riconoscimento e la fama internazionali di Fuller. Oggi, le case a cupola vengono sviluppate e costruite secondo i suoi progetti. Fullerene nella sua struttura e forma ricorda le costruzioni indicate di Richard Buckminster Fuller.

La struttura unica dei fullereni determina le loro proprietà fisiche e chimiche uniche. In combinazione con altre sostanze, consentono di ottenere materiali con proprietà fondamentalmente nuove.

Nelle molecole di fullerene, atomi carbonio situato ai vertici dell'esagono e dei pentagoni che costituiscono la superficie di una sfera o di un ellissoide. Il membro più simmetrico e meglio studiato della famiglia dei fullereni è il fullerene (C 60), in cui gli atomi di carbonio formano un icosaedro troncato composto da 20 esagoni e 12 pentagoni e somiglianti a un pallone da calcio (come forma ideale estremamente rara in natura).

Il successivo fullerene più comune è il fullerene C 70, che differisce dal fullerene C 60 per l'inserimento di una cintura di 10 atomi carbonio alla regione equatoriale C 60, per cui la molecola di fullerene C 60 è allungata e ricorda nella sua forma una palla da rugby.

I cosiddetti fullereni superiori, contenenti un numero maggiore di atomi di carbonio (fino a 400 e oltre), si formano in quantità molto minori e spesso hanno una composizione isomerica piuttosto complessa. Tra i fullereni superiori meglio studiati, C n, dove n= 74, 76, 78, 80, 82 e 84.

La connessione tra i vertici, gli spigoli e le facce del fullerene può essere espressa da una formula matematica secondo il teorema di Eulero per i poliedri:

B - R + G = 2,

dove B è il numero di vertici di un poliedro convesso, P è il numero dei suoi bordi e è il numero di facce.

Secondo il teorema di Eulero (e, di conseguenza, l'esistenza di un fullerene con una certa struttura e forma), una condizione necessaria per l'esistenza di un poliedro convesso è la presenza di esattamente 12 facce pentagonali e B /2 – 10 facce.

La possibilità dell'esistenza del fullerene è stata prevista dagli scienziati giapponesi nel 1971 e una giustificazione teorica è stata fornita dagli scienziati sovietici nel 1973. Il fullerene è stato sintetizzato per la prima volta nel 1985 negli Stati Uniti.

Quasi tutto il fullerene è prodotto artificialmente. In natura si trova in quantità molto piccole. Si forma durante la combustione del gas naturale e un fulmine, e si trova anche in quantità molto piccole in shungite, fulguriti, meteoriti e sedimenti di fondo, che hanno 65 milioni di anni.

Composti di fullereni:

Il fullerene entra facilmente in composti con altri elementi chimici. Sono già stati sintetizzati più di 3mila composti nuovi e derivati ​​a base di fullereni.

Se la molecola di fullerene, oltre agli atomi di carbonio, include atomi di altri elementi chimici, allora se gli atomi di altri elementi chimici si trovano all'interno dello scheletro di carbonio, tali fullereni sono chiamati endoedrici, se esterni - esoedrici.

Vantaggi e proprietà del fullerene:

- i materiali con l'uso di fullereni hanno una maggiore resistenza, resistenza all'usura, termica e chemostabilità e ridotta abrasione,

- le proprietà meccaniche dei fullereni ne consentono l'utilizzo come lubrificante solido antifrizione altamente efficace. Formano sulle superfici dei controcorpi un film protettivo fullerene-polimero dello spessore di decine e centinaia di nanometri, che protegge dalla degradazione termica e ossidativa, aumenta di 3-8 volte la durata dei gruppi di attrito in situazioni di emergenza, aumenta la stabilità termica dei lubrificanti fino a 400-500 ° C e le unità di attrito con capacità portante di 2-3 volte, amplia il campo di pressione di lavoro delle unità di attrito di 1,5-2 volte, riduce il tempo di rodaggio dei controcorpi,

- i fullereni sono in grado di polimerizzare e formare film sottili,

- una forte diminuzione della trasparenza di una soluzione di fullerene quando l'intensità della radiazione ottica supera un certo valore critico a causa di proprietà ottiche non lineari,

- la possibilità di utilizzare i fullereni come base per otturatori ottici non lineari utilizzati per proteggere i dispositivi ottici da intense radiazioni ottiche,

- i fullereni hanno la capacità di esibire le proprietà di un antiossidante o di un agente ossidante. Come antiossidanti superano di 100 - 1000 volte l'azione di tutti gli antiossidanti conosciuti. Gli esperimenti sono stati condotti su ratti alimentati con fullereni in olio di oliva. Allo stesso tempo, i ratti vivevano il doppio del solito e, inoltre, mostravano una maggiore resistenza all'azione di fattori tossici,

- è un semiconduttore con un gap di banda di ~ 1,5 eV e le sue proprietà sono per molti versi simili a quelle di altri semiconduttori,

- i fullereni С60, agendo come leganti, interagiscono con gli alcali e alcuni altri metalli. In questo caso si formano composti complessi della composizione Me 3 C60, che hanno le proprietà dei superconduttori.

Proprietà della molecola del fullerene*:

* in relazione al fullerene C60.

Ottenere fullereni:

I principali metodi per ottenere i fullereni sono:

- combustione di elettrodi di grafite in arco elettrico in atmosfera di elio a basse pressioni,

- combustione di idrocarburi in fiamma.

Va notato che non solo la produzione di fullereni di per sé (la loro resa sotto forma di nerofumo è estremamente bassa), ma anche il successivo isolamento, purificazione e separazione dei fullereni dal nerofumo in classi.