Фуллеренамив найбільш загальному значенніцього поняття можна назвати експериментально отримані та гіпотетичні молекули, що складаються виключно з атомів вуглецю і мають форму опуклих багатогранників. Атоми вуглецю розташовані в їх вершинах, а C-C зв'язкупролягають вздовж ребер.
Фуллерен - це молекулярна форма вуглецю. Поширене визначення, яке свідчить, що фулерени, що перебувають у твердому стані, прийнято називати фулеритами. Кристалічна структура фулериту є періодичною решіткою молекул фулерену, причому в кристалічному фулериті молекули фулеренів утворюють ГЦК-решітку.
Фуллерен з початку дев'яностих років представляє інтерес для астрономії, фізики, біології, хімії, геології та інших наук. Фуллерену приписують фантастичні медичні властивості: наприклад, фуллерен нібито вже почали використовувати в косметиці як омолоджуючий засіб у косметології. За допомогою фулерену збираються боротися з раком, ВІЛ та іншими грізними захворюваннями. У той же час новизна цих даних, їхня маловивченість і специфіка сучасного інформаційного простору поки що не дозволяє довіряти на сто відсотків подібним відомостям про фулерен.
ІЦМ(www.сайт)
Поширена дуже спрощена думка, що до відкриття фулерену існували дві поліморфні модифікації вуглецю - графіт і алмаз, а після 1990 року до них додалася ще одна алотропна форма вуглецю. Насправді це не так, тому що форми існування вуглецю напрочуд різноманітні (див. статтю ). 
Історія відкриття фулеренів
Колектив авторів під керівництвом Л.М. Сидорова узагальнив у монографії "Фулерени" велику кількість праць на цю тему, хоча далеко не все: на момент виходу книги загальна кількість присвячених фулеренам публікацій сягала приблизно 15 тисяч. На думку авторів, відкриття фулеренів- Нової форми існування вуглецю - одного з найпоширеніших елементів на нашій планеті - визнано одним із найважливіших відкриттів у науці XX століття. Незважаючи на давно відому унікальну здатність атомів вуглецю зв'язуватися в складні розгалужені та об'ємні молекулярні структури, що становить основу всієї органічної хімії, можливість утворення лише з одного вуглецю стабільних каркасних молекул все одно виявилася несподіваною. За даними експериментальне підтвердження тому, що молекули подібного типу з 60 і більше атомів можуть виникати в ході процесів, що природно протікають у природі, отримано в 1985 р., але задовго до цього вже припускали стабільність молекул із замкнутою вуглецевою сферою.
Виявлення фулеренівпов'язано безпосередньо з дослідженням процесів сублімації та конденсації вуглецю.
Новий етап у вивченні фулеренівнастав у 1990 році, коли був розроблений метод отримання нових сполук у грамових кількостях та описаний спосіб виділення фулеренів у чистому вигляді. Після цього було встановлено найважливіші структурні та фізико-хімічні характеристики фулерену С 60 . Ізомер С60 (бакмінстерфулерен) - це найбільш легко утворюється з'єднання серед відомих фулеренів. Назву свою фулерен C60 отримав на честь футуриста-архітектора Річарда Бакмінстера Фуллера, який створив споруди, куполоподібний каркас яких складався з пентагонів і гексагонів. Одночасно з цим у процесі дослідження виникла потреба у узагальнюючій назві фулеренидля об'ємних структур із замкнутою поверхнею (вуглецевий каркас), завдяки їхньому різноманіттю.
Варто відзначити також, що на честь Бакмінстера Фуллера названа ціла лінійка вуглецевих матеріалів: фуллерен с60 (бакмінстер фуллерен) також називають бакібол (Бакмінстер Фуллер не подобалося ім'я "Бакмінстер" і він віддавав перевагу скороченому імені "Баки"). Крім того з цією ж приставкою іноді називають: вуглецеві нанотрубки – бакітьюби, фулерени яйцеподібної форми – buckyegg (buckyball egg) тощо.
ІЦМ(www.сайт)
Властивості фулеренів. Фуллеріт
Властивості фулеренівнедостатньо вивчені через об'єктивні причини: відносно невелика кількість лабораторій має можливість вивчати ці властивості. Зате в періодичному та науково-популярному друку стільки уваги відведено фулеренам та їх властивостям... Найчастіше неперевірена інформація про чудодійні властивості фулеренів поширюється з вражаючою швидкістю і у величезних масштабах, у результаті слабкий голос спростування залишається непочутим. Наприклад, заява однієї групи вчених про те, що фулерени присутні в шунгіті, була перевірена неодноразово, але підтвердження не знайшло (див. обговорення). Проте шунгіт сьогодні вважається "природним нанотехнологічним фулеренсодержащим матеріалом" - твердження, яке поки, на мій погляд, більше схоже на маркетинговий хід.
Окремі дослідники заявляють про таку насторожуючу властивість фулеренів, як токсичність.
Як правило, коли говорять про властивості фулеренівмають на увазі їхню кристалічну форму - фуллерити.
Істотна відмінність кристалів фулереніввід молекулярних кристалів багатьох інших органічних речовин у тому, що у них не вдається спостерігати рідку фазу. Можливо, це пов'язано з тим, що температура 1200 Kпереходу в рідкий стан, яка приписується фуллериту С 60 вже перевищує те її значення, при якому настає помітна деструкція вуглецевого каркасу самих молекул фулерену.
За даними , до властивостям фулереніввідноситься аномально висока стабільність, про яку свідчать результати досліджень процесів за участю фулеренів. Зокрема автор зазначає, що кристалічний фулереніснує як стабільне речовина до температур 1000 – 1200 До, що його кінетичної стійкістю. Щоправда це стосується стабільності молекули фулерену С60 в інертній атмосфері аргону, а в присутності кисню спостерігається значне окислення вже при 500 К з утворенням CO і CO2.
Комплексному дослідженню електрофізичних та термодинамічних властивостей фулеритів С60 та С70 в умовах екстремального ударного навантаження присвячена робота.
У будь-якому випадку при обговоренні властивостей фулеренів необхідно конкретизувати, яке з'єднання мається на увазі - С20, С60, С70 або інше, природно, властивості цих фулеренів будуть різні.
В даний час фулерени С60, С70і фуллеренсодержащіе продукти виробляються і пропонуються на реалізацію різними зарубіжними та вітчизняними підприємствами, тому купити фулерениі зайнятися вивченням властивостей фулеренівтеоретично може будь-хто охочий. Фулерени С60 і С70 пропонуються за цінами від 15 $ до 210 $ за грам, і дорожче, залежно від виду, ступеня чистоти, кількості та інших факторів. Виробництво та продаж фулеренів »
Фулерени в чавунах та сталях
Якщо припустити існування фулеренів та фулеренових структур у залізо-вуглецевих сплавах, то вони повинні суттєво впливати на фізико-механічні властивості сталей та чавунів, беручи участь у структурних та фазових перетвореннях.
ІЦМ(www.сайт)
Механізмам кристалізації залізо-вуглецевих сплавів давно приділяється дуже пильна увага з боку дослідників цих процесів. У статті розглядаються можливі механізми утворення кулястого графіту у високоміцному чавуні та особливості його будови саме з урахуванням фулеренової природи залізовуглецевих сплавів. Автор пише, що "з відкриттям фулеренів та структур на основі фулеренів у низці робіт робляться спроби пояснення механізму утворення кулястого графіту на основі цих структур".
Робота розглядає досягнення в галузі хімії фулеренів та узагальнює "нові уявлення про структуру залізовуглецевих розплавів". Автор стверджує, що молекулярна форма вуглецю – фулерени С60- ідентифікована ним у залізо-вуглецевих сплавах, виплавлених методами класичної металургії, а також виявляє три можливі механізми появи фулеренів у структурі сталей та чавунів:
Свого часу, 5 років тому, ми вибрали фуллерента гексагон як логотип сайту www.сайт, як символ останніх досягнень у галузі дослідження залізо-вуглецевих розплавів, як символ нових розробок та відкриттів, пов'язаних із модифікуванням Fe-C розплаву – невід'ємним етапом сучасного ливарного виробництва та малої металургії.
Літ.:
У 1985 році була відкрита молекула, що складається з 60 атомів вуглецю, влаштована на кшталт футбольного м'яча, - фулерен, названий так на честь інженера Річарда Фуллера, який прославився конструкціями саме такої форми. Крім своєї напрочуд симетричної форми, ця молекула, яка є третьою (після алмазу і графіту) алотропною формою вуглецю, виявилася чимось на кшталт філософського каменю алхіміків.
До останнього часу вона не перестає дивувати вчених своєю вкрай низькою токсичністю (особливо в порівнянні з чимось схожим налагодженими нанотрубками) та іншими дивовижними властивостями. Механізми взаємодії фулеренів з клітинами поки не зрозумілі, але результат воістину можна назвати чаклунством.
Ось далеко не повний перелік тих властивостей, які зацікавили медиків та біологів. Фуллерен та його похідні можна використовувати:
- для захисту організму від радіації та ультрафіолетового випромінювання;
- для захисту від вірусів та бактерій;
- для захисту від алергії. Так, в експериментах in vivo введення похідних фулерену пригнічує анафілаксію у мишей, і при цьому токсичного ефекту не спостерігається;
- як речовина, що стимулює імунітет;
- як потужний антиоксидант, оскільки він є активним акцептором радикалів. Антиоксидантна активність фулерену порівнянна з дією антиоксидантів класу SkQ («іонів Скулачева») та у 100–1000 разів перевищує дію звичайних антиоксидантів, таких як вітамін Е, бутилгідрокситолуол, β-каротин;
- як лікувальні препаратидля боротьби з раковими захворюваннями;
- для інгібування ангіогенезу;
- для захисту мозку від алкоголю;
- для стимуляції зростання нервів;
- для стимуляції процесів регенерації шкіри Так, фулерен є важливим компонентом косметичних омолоджувальних засобів GRS та CEFINE;
- для стимуляції росту волосся;
- як ліки з антиамілоїдною дією.
Крім цього, фулерен може використовуватися для доставки в клітину різних лікарських речовин та невірусної доставки в клітинне ядро генетичних векторів.
Здавалося б, куди ще розширювати цей список, але нещодавно він поповнився ще однією, мабуть, найдивовижнішою і незрозумілою якістю фулерену С60. При дослідженні токсичності фулерену С60, розчиненого в оливковій олії, французькі дослідники з'ясували, що щури, що регулярно одержують розчин фулерену С60, живуть довше, ніж ті, яким давали просто оливкову олію або звичайну дієту. (Короткий переказ можна прочитати у статті «Оливкова олія з фулеренами – еліксир молодості?» – ВМ.)
Розчинення в маслі різко підвищує ефективність фулерену С60, оскільки його великі агрегати (16 і більше молекул) не здатні проникнути всередину клітин.
При цьому тривалість життя збільшувалася не на якісь 20-30%, як у дослідах з найкращими з «ліків від старості» (такими як ресвератрол або рапаміцин), а не менш ніж удвічі! Половина тварин, які отримували фулерен, жили до 60 місяців (найстаріший щур дожив до 5,5 років). При цьому в контрольній групі (зі звичайною дієтою) тривалість життя 50% тварин становила 30 місяців, а найстаріші дожили лише до 37 місяців. Тварини, які отримували оливкову олію без фулерену, жили трохи більше – 50% з них доживали до 40 місяців, а найстаріший щур дожив до 58 місяців.
Діаграма виживання щурів, що отримували: звичайну дієту (блакитна лінія), до того ж до дієти оливкова олія (червона) та оливкова олія з розчиненим у ньому фулереном С60 (чорна лінія). Малюнок з .
Життєдайну дію фулерену С60 автори статті приписують його антиоксидантним властивостям. Однак не виключено, що воно може бути пов'язане зі здатністю фулерену С60 взаємодіяти з вітаміном А. Відомо, що ретиноїди (до яких відноситься і вітамін А) відіграють важливу роль в експресії ключових генів імунної системи, і що локальний синтез ретиноїдів, мабуть, відіграє ключову роль у регуляції ембріогенезу та регенерації.
На жаль, ці досліди були поставлені на невеликих групах тварин і тому потребують ретельної перевірки. Враховуючи той факт, що очищений фулерен С60, що виробляється в Росії, коштує всього близько 1800 рублів за грам, повторити ці досліди, уточнити дозування та тривалість «лікування» не так вже й складно. Складніше інше. Чи буде ця «терапія старості» так само ефективна для людини? Адже люди – не щури, і є десятки прикладів того, що препарат, який дуже ефективно діє в експериментах на мишах, виявлявся абсолютно марним (якщо не шкідливим!), коли випробування переходили до клініки. Що ж, час покаже. Цікаво було б також зіставити активність фулерену С60 щодо продовження життя з його численними водорозчинними аналогами, синтезованими в Росії останнім часом.
Написано за матеріалами оригінальної статті.
Література
- А.В. Єлецький, Б.М. Смирнов. (1993). Фулерени. УФН 163 (№ 2), 33-60;
- Mori T. та ін. (2006). Preclinical studies on safety of fullerene upon acute oral administration and evaluation for no mutagenesis. Toxicology 225, 48-54;
- Szwarc H, Moussa F. (2011). Toxicity of 60fullerene: конфузія в медичній літературі. J. Nanosci. Lett. 1, 61-62;
- біомолекула: «Невидимий кордон: де стикаються „нано“ та „біо“»;
- Marega R., Giust D., Kremer A., Bonifazi D. (2012). Supramolecular Chemistry of Fullerenes і Carbon Nanotubes в Interfaces: Toward Applications. Супрамолекулярна хімічна хімічна речовина і карбона нанотуби (N. Martin і J.-F. Nierengarten), Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim, Німеччина;
- Піотровський Л.Б. (2010). Наномедицина, як частина нанотехнологій. Вісник РАМН 3, 41-46;
- Theriot C.A., Casey R.C., Moore V.C., Mitchell L., Reynolds J.O., Burgoyne M., et al. (2010). Dendrofullerene DF-1 забезпечує radioprotection до radiosensitive mammalian cells. Радіат. Environ. Biophys. 49, 437-445;
- Андрієвскій Г.В., Брусков В.І., Тихомиров А.А., Гудков С.В. (2009). Пекулярії антиоксидантів і радіоактивних ефектів hydrated C60 fullerene nanostructures in vitro and in vivo. Free Radic. Biol. Med. 47, 786-793;
- Mashino T., Shimotohno K., Ikegami N., et al. (2005). Human immunodeficiency virus-reverse transcriptase inhibition and hepatitis C virus RNA-dependent RNA polymerase inhibition activities of fullerene derivatives. Bioorg. Med. Chem. Lett. 15, 1107-1109;
- Lu Z.S., Dai TH, Huang L.Y., et al. (2010). Фотодинамічна терапія з катонійською функціоналізованою фуллереновою шкодою мізок від нескінченних звукових дій. Nanomedicine 5, 1525-1533;
- John J.R., Bateman H.R., Stover A., Gomez G., Norton S.K., Zhao W., et al. (2007). Fullerene наноматеріалів inhibit allergic response. J. Immunol. 179, 665-672;
- Xu Y.Y., Zhu J.D., Xiang K., Li Y.K., Sun R.H., Ma J., et al. (2011). Синтеза і імуномодуляторська діяльність 60фуллеренов-туфтів без суперечок. Biomaterials 32, 9940-9949;
- Gharbi N., Pressac M., Hadchouel M. та ін. (2005). Fullerene є сильним антиоксидантом у вів без будь-якої або токсичної токсичності. Nano Lett. 5, 2578-2585;
- Chen Z., Ma L., Liu Y., Chen C. (2012). Applications of Functionalized Fullerenes in Tumor Theranostics. Theranostics 2, 238-250;
- Jiao F., Liu Y. Qu Y. et al. (2010). Studies на anti-tumor і antimetastatic діяльність fullerenol в mouse breast cancer model. Carbon 48, 2231-2243;
- Meng H., Xing G.M., Sun BY, Zhao F., Lei H., Li W., et al. (2010). Потенційна angiogenesis inhibition по particulate form of fullerene derivatives. ACS Nano, 4, 2773-2783;
- Тихохимиров А.А., Недведський В.С., Клочков В.К., Андрієвскій Г.В. (2008). Nanostructures of hydrated C60 fullerene (C60HyFn) protect rat brain до алкоголю impact and attenuate behavioral impairments of alcoholized animals. Toxicology 246, 158-165;
- Григор'єв В.В., Петрова Л.М., Іванова Т.А., із співавт. та Бачурін С.О. (2011). Дослідження нейропротекторної дії гібридних структур на основі фулерену С60. Изв. РАН серія Біологічна 2, 163-170;
- Zhou Z.G., Lenk R., Dellinger A., MacFarland D., Kumar K., Wilson S.R., et al. (2009). Fullerene наноматеріалів сприятливі плоди. Nanomed. Nanotechnol. Biol. Med. 5, 202-207;
- Bobylev A.G., Kornev A.B., Bobyleva L.G., Shpagina M.D., Fadeeva IS, Fadeev RS, et al. (2011). Fullerenolates: metallated polyhydroxylated fullerenes with potent antiamyloid activity. Org. Biomol. Chem. 9, 5714-5719;
- біомолекула: "Наномедицина майбутнього: трансдермальна доставка з використанням наночастинок";
- Montellano A., Da Ros T., Bianco A., Prato M. (2011). Fullerene C(60) є multifunctional system for drug and gene delivery. Nanoscale 3, 4035-4041;
- Кузнєцова С.А., Орецька Т.С. (2010). Нанотранспортні системи адресної доставки нуклеїнових кислот у клітини. Російські нанотехнології 5 (№ 9-10), 40-52;
- Baati T., Bourasset F., Gharb N., et al. (2012) Розповсюдження життєдіяльності язиків repeated oral administration of 60fullerene. Biomaterials 33, 4936-4946;
- Піотровський Л.Б., Єропкін М.Ю., Єропкіна Є.М., Думпіс М.А., Кисельов О.І. (2007). Механізми біологічної дії фулеренів – залежність від агрегатного стану. Психофармакологія та біологічна наркологія 7 (№ 2), 1548–1554;
- Moussa F., Roux S., Pressac M., Genin E., Hadchouel M., Trivin F., et al. (1998). In vivo reaction between 60fullerene і vitamin A in mouse liver. New J. Chem. 22, 989-992;
- Linney E., Donerly S., Mackey L., Dobbs-McAuliffe B. (2001). Негативна сторона ретіонічних рецепторів. Neurotoxicol Teratol. 33, 631-640;
- Gudas L.J. (2012). Emerging Roles for Retinoids в Регенерації та Диференціації в Normal and Disease States. Biochim Biophys Acta 1821, 213-221.
Портал «Вічна молодість»
- Одна з форм чистого вуглецю, в якому атоми з'єднані між собою в кристалічні ґрати, що нагадує формою футбольний м'яч. Залежно від числа атомів фулерени можуть бути нижчими (від 24х до 70 атомів) і вищими (70 і більше атомів). Практичний інтерес представляють молекули фулерену з 60 і 70 атомами як найпоширеніші (С60 та С70 відповідно).
Фулерени, ізомерний ряд:
Завдяки своїм унікальним властивостям: бактерицидним, антиоксидуючим, сорбуючим, фулерени в майбутньому серйозну перспективузастосування в медицині:
Добавка в органічні олії, косметологія, лікувальна косметика: засоби від псоріазу, дерматитів та грибка, засоби від випадання волосся, засоби для позбавлення від шрамів, розтяжок, пігментацій.
Фармакологічні препарати: протиопікові та ранозагоювальні препарати (прискорення процесу загоєння у 2-2.5 рази, знеболювання), нетоксичні антибактеріальні та дезінфікуючі засоби, ліки від гастриту, виразки, раку ШКТ, туберкульозу та бактеріальних виразок, АКНЕ. Офтальмологічні та гінекологічні препарати (не роз'їдає слизову). Імуностимулюючі та протиалергічні препарати (одночасно). Потенційно ліки від раку.
БАДи: фулерен – потужний антиоксидант (антиоксидуюча здатність вища ніж у аскорбінової кислоти у 135 разів), нейтралізує вільні радикали.
Ранне покриття із застосуванням гідратованих фулеренів (фулеренолів С(60/70)ОН(Х)):
Вплив фулеренів на пухлинний ріст:
Будучи стійкою формою наночастинок вуглецю, фулерени забезпечують однорідні властивості технічних монокристалів та плівок.
Електроніка та оптика:
Нелінійна оптика: плівки для оптичних лінз.
Надпровідні сполуки: карбід кремнію високої густини, отриманий з фулеренів.
Сонячні елементи: плівки на карбіді кремнію високої густини підвищують ефективність сонячної енергетики до +30%.
Промислові та конструкційні матеріали:
Добавка в промислові олії, гуми та пластики: ефективність машинної олії збільшується в 2-3 рази, термін служби виробів з гуми та пластику збільшується в 4 рази, також підвищується холодостійкість цієї продукції.
Захисні покриття: покращений антипригарні покриттята покриття з низьким тертям.
Дисперсно зміцнені композиційні матеріали.
Фулеренові добавки для росту алмазних плівок.
Фулеренова плівка:
Модель фуллериту:
Єдиний спосіб отримувати суттєві обсяги фулерену – це т.зв. метод Кречмера, де два вуглецеві стрижні згоряють у плазмовій дузі. Він дозволяє отримувати 0.2-0.5% фулерену від маси стрижнів. Це повільний процес й у напрацювання значної кількості товару потрібно кілька діб і дуже багато електроенергії (сучасні установки споживають близько 50КВт). Але це ще не все, далі необхідно «відмити» фулерен від непотрібної вуглецевої сажі. На це, залежно від технології, що застосовується, йде від 2х до 4х тижнів. У цьому витрачається дуже багато розчинника, т.к. до води фулерен не розчиняється.
Принципова схемаустановки Кречмера:
Таким чином, через непомірну складність і дорожнечу виробництва, фулерени завжди викликали суто науковий інтерес, але не більше.
Російські вчені в Лабораторії Нановуглецевих Матеріалів при СПБГПУ досягли значних результатів як у галузі отримання фулерену, так і області його відмивання та отримання його важливих модифікацій. Розроблені ними методи дозволяють інтенсифікувати процес горіння вуглецевих стрижнів, що дозволило збільшити ККД переходу сажі у фулерен до одиниць відсотка (в 15-20 разів).
Також у лабораторії проводиться аналіз якості продукту. Для цього використовують найсучасніші методи контролю: хроматографічний, ІЧ-спекрометричний, масспектрометричний.
Маса спектрограма фулерену:
На даний момент лабораторія активно співпрацює з кількома медичними та технічними НДІ. Результатом такого співробітництва вже стали завершені дослідження та патенти (
Фуллерен – молекулярна сполука, що належить до класу алотропних форм вуглецю і є опуклі замкнені багатогранники, складені з парного числа трьохкоординованих атомів вуглецю. Унікальна структура фулеренів обумовлює їх унікальні фізичні та Хімічні властивості.
Інші форми вуглецю: графен, карбін, алмаз, фулерен, вуглецеві нанотрубки, "віскерси".
Опис та структура фулерену:
Фуллерен, бакібол, або букібол - молекулярна сполука, що належить до класу алотропних форм вуглецюі є опуклі замкнуті багатогранники, складені з парного числа трьохкоординованих атомів вуглецю .
Фулерени названі таким чином на ім'я інженера та архітектора Річарда Бакмінстера Фуллера, який розробив і побудував просторову конструкцію «геодезичного купола», що є напівсферою, зібраною з тетраедрів. Ця конструкція принесла Фуллер міжнародне визнання та популярність. Сьогодні за його розробками розробляються та будуються купольні будинки. Фуллерен за своєю структурою та формою нагадує зазначені конструкції Річарда Бакмінстера Фуллера.
Унікальна структура фулеренів обумовлює їх унікальні фізичні та хімічні властивості. У поєднанні з іншими речовинами вони дозволяють отримати матеріали з новими властивостями.
У молекулах фулеренів атоми вуглецюрозташовані у вершинах шести- та п'ятикутників, з яких складена поверхня сфери або еліпсоїда. Найбільш симетричний і найбільш повно вивчений представник сімейства фулеренів - фулерен (C 60), в якому вуглецеві атоми утворюють усічений ікосаедр, що складається з 20 шестикутниківі 12 п'ятикутників і футбольний м'яч (як ідеальна форма, що вкрай рідко зустрічається в природі).
Наступним за поширеністю є фулерен C 70 , який відрізняється від фулерену C 60 вставкою пояса з 10 атомів вуглецюв екваторіальну область C 60 в результаті чого молекула фулерену C 60 є витягнутою і нагадує своєю формою м'яч для гри в регбі.
Так звані вищі фулерени, що містять більше атомів вуглецю (до 400 і більше), утворюються в значно менших кількостях і часто мають досить складний ізомерний склад. Серед найбільш вивчених вищих фулеренів можна виділити C n, де n= 74, 76, 78, 80, 82 та 84.
Зв'язок між вершинами, ребрами та гранями фулерену може бути виражений математичною формулою згідно з теоремою Ейлера для багатогранників:
В - Р + Г = 2,
де У – число вершин опуклого багатогранника, Р – число його ребер і Р – число граней.
Необхідною умовою існування опуклого багатогранника згідно з теоремою Ейлера (і відповідно існування фулерену з певною структурою і формою) є наявність рівно 12 п'ятикутних граней і В /2 – 10 граней.
Можливість існування фулерену була передбачена японськими вченими у 1971 році, теоретично обґрунтування було зроблено радянськими вченими у 1973 році. Вперше фуллерен був синтезований 1985 р. у США.
Практично весь фулерен отримують штучним шляхом. У природі він міститься у дуже малих кількостях. Він утворюється при горінні природного газу та розряді блискавки, а також міститься в дуже малих кількостях у шунгітах, фульгуритах, метеоритах та донних відкладах, вік яких досягає 65 мільйонів років.
З'єднання фулерену:
Фуллерен легко входить у сполуки коїться з іншими хімічними елементами. В даний час на основі фулеренів вже синтезовано понад 3 тисячі нових і похідних сполук.
Якщо до складу молекули фулерену, крім атомів вуглецю, входять інші атоми хімічних елементів, Якщо атоми інших хімічних елементів розташовані всередині вуглецевого каркаса, такі фулерени називаються ендоедральними, якщо зовні - екзоедральними.
Переваги та властивості фулерену:
- матеріали із застосуванням фулеренів мають підвищену міцність, зносостійкість, термо- і хемостабільність і зменшену стирання,
– механічні властивості фулеренів дозволяють використовувати їх як високоефективне антифрикаційне тверде мастило. На поверхнях контртіл вони утворюють захисну фуллерено-полімерну плівку товщиною десятки та сотні нанометрів, яка захищає від термічної та окисної деструкції, збільшує час життя вузлів тертя в аварійних ситуаціяху 3-8 разів, збільшує термостабільність мастил до 400-500 °C та несучу здатність вузлів тертя у 2-3 рази, розширює робочий інтервал тисків вузлів тертя у 1,5-2 рази, зменшує час припрацювання контртіл,
- фулерени здатні полімеризуватися і утворювати тонкі плівки,
- різке зниження прозорості розчину фулеренів при перевищенні інтенсивності оптичного випромінювання деякого критичного значення за рахунок нелінійних оптичних властивостей,
- можливість використання фулеренів як основи для нелінійних оптичних затворів, що застосовуються для захисту оптичних пристроїв від інтенсивного оптичного опромінення,
- фулерени мають здатність виявляти властивості антиоксиданту або окислювача. В якості антиоксидантіввони перевершують дію всіх відомих антиоксидантів у 100 – 1000 разів. Були проведені досліди на щурах, яких годували фулеренами в оливковій олії. При цьому щури жили вдвічі довше за звичайні, і, до того ж, демонстрували підвищену стійкість до дії токсичних факторів,
– є напівпровідником із шириною забороненої зони ~1.5 еВта його властивості багато в чому аналогічні властивостям інших напівпровідників,
- фулерени С60, виступаючи як ліганд, взаємодіють з лужними та деякими іншими металами. При цьому утворюються комплексні сполуки складу Ме 3 С60, що мають властивості надпровідників.
Властивості молекули фулерену*:
* стосовно фулерену С60.
Отримання фулеренів:
Основними способами отримання фулеренів вважаються:
- спалювання графітових електродів в електричній дузі в атмосфері гелію при низьких тисках,
- Спалювання вуглеводнів у полум'ї.
Особливу складність представляє не тільки саме по собі отримання фулеренів (їх вихід у вигляді вуглецевої сажі вкрай низький), але і подальше виділення, очищення та поділ фулеренів за класами з вуглецевої сажі.
