Водорастворимые фуллерены

неплавкими, а также 3) обладать необычными электрическими, оптическими  и каталитическими свойствами.

Легкие фуллерены С60 и  С70 находят в настоящее время  широкое применение в самых различных  областях науки и техники: материаловедении, механике, машиностроении, строительстве, электронике, оптике, медицине, фармакологии, пищевой и косметической промышленности и т.п. Однако, широкое применение фуллеренов зачастую тормозится практически полной несовместимостью легких фуллеренов с водой и водными растворами. Например, истинная растворимость фуллерена С60 в воде при 25оС составляет 1.3·10-11 г/л, а фуллерена С70 в тех же условиях - 1.1·10-13 г/л. Тоже относится и к большинству производных легких фуллеренов (галоген- [фтор-, хлор-, бром- и иод-], оксо-, амино-, карбоксо- и т.п.) – они, как правило, весьма малораствормы в воде и водных растворах).

    Между тем водорастворимые формы производных фуллеренов могут находить самое широкое применение в машиностроении (в водорастворимых охлаждающих и антифрикционных составах), строительстве (в качестве растворимых присадок к цементам и бетонам), медицине и фрамакологии (вследствие хорошей совместимости с водой, физиологическими растворами, кровью, лимфой, желудочным соком и т.д.), косметологии (при использовании водных и водно-спиртовых основ), а также науки и технике.

    В частности, покрытия из водорастворимых пленок на основе так называемых фуллеренолов могут находить широкое применение в микро- и оптоэлектронике, поскольку обладают следующими свойствами:

- могут быть исключительно тонкими, d=10 нм ÷1 мкм;

- высокой адгезией к поверхностям металлов, сплавов и полупроводников (классов А³В⁵, А²В⁶, А⁴В⁴ и т.д.);

- высокой прозрачностью в видимой и ИК-областях спектра;

- сильным светопоглощением в ближней УФ-области спектра и практической непрозрачностью в дальней УФ-области спектра;

- сравнительно низким показателем преломления;

- сравнительно высокой прочностью и ударной вязкостью;

- высокой химической и термостойкостью и т.д.

Полигидроксилированный фуллерен, называемый фуллеренолом (формула фуллеренола-d - С60(ОН)n, где n = 18...22), обладающий простой структурой, удобной для практического применения и возможностью дальнейшей модификации, в дополнении к выраженной способности к захвату радикалов, рассматривается как наиболее перспективный представитель водорастворимых фуллеренов.

  Водорастворимые фуллерены являются многообещающими материалами для использования в медицине и косметологии из-за ожидаемой эффективности захвата ими свободных радикалов различного происхождения. Это обуславливает особый интерес к доступным и простым методам синтеза водорастворимых фуллеренов в промышленном масштабе.

Что же касается оксидов  фуллеренов, то соединения С60О и  С70О присутствуют всегда в исходных смесях фуллеренов в экстракте в  небольших количествах. Вероятно, кислород присутствует в камере при электродуговом разряде и часть фуллеренов окисляется. Оксиды фуллерена хорошо разделяются  на колонках с различными адсорбентами, что позволяет контролировать чистоту  образцов фуллеренов, и отсутствие или присутствие оксидов в  них. Однако низкая стабильность оксидов  фуллеренов препятствуют их систематическому изучению.

Что можно отметить относительно органической химии фуллеренов, так  это то, что, будучи электронодефицитным полиеном, фуллерен С60 проявляет склонность к реакциям радикального, нуклеофильного и циклоприсоединения .При реакциях циклоприсоединения активную роль всегда играют двойные связи шестичленного кольца, выступая как в качестве диенов, так и диенофилов. Огромное количество циклоаддуктов, которые при этом можно получить, сильно способствовало повышению интереса исследователей к химии фуллеренов. Эта реакция оказалась мощным инструментом, позволяющим вводить в C60 практически любые функциональные группы, получая вещества, многие из которых выдерживают нагревание до 400 ° С без разложения.

 

 

 Особенно перспективными  в плане функционализации фуллереновой сферы являются разнообразные реакции циклоприсоединения. В силу своей электронной природы С60 способен принимать участие в реакциях [2+n]-циклоприсоединения, причем наиболее характерными являются случаи, когда n=1, 2, 3 и 4.

     Уже первые работы по синтезу органических соединений с участием фуллеренов показали их чрезвычайно широкое разнообразие. Среди таких “фуллероидов” можно отметить продукты присоединения радикалов водорода, фосфора, галогенов, металлов и их оксидов, одинарных и двойных бензольных колец и их производных. Следует отметить получение ряда удивительных соединений типа C60(OsO4)(C5H5N)2. Дальнейшие работы только подтвердили предположения о богатых перспективах развития металлоорганической химии фуллеренов.

 

   4. Перспективы практического использования

 

 На самом же деле, многочисленные данные квантово-химических расчетов показывают, что большинство реакций галогенирования и гидрирования фуллеренов протекают с образованием если и не наиболее стабильных изомеров, то, по крайней мере, незначительно отличающихся от них по энергии. Наибольшие расхождения наблюдаются в случае низших гидридов фуллеренов, изомерный состав которых, как было показано выше, может даже слегка зависеть от пути синтеза. Но при этом стабильность образующихся изомеров все равно оказывается крайне близкой. Изучение этих закономерностей образования производных фуллеренов представляет собой интереснейшую задачу, решение которой приводит к новым достижениям в области химии фуллеренов и их производных.

     Особо следует отметить способность холодных фуллеренов поглощать 17 атомов водорода на одну молекулу С60 при обработке водородом под давлением порядка 70 атм. Это открывает перспективы в будущем на переход на абсолютно экологически чистое и самое энергонасыщенное горючее - водород. Следует отметить, что гидрогенизация фуллерена имеет принципиальное значение, так как это связано с перспективой использования фуллеренов в качестве эффективного хранилища молекулярного водорода и создания аккумуляторных батарей на этой основе.

     Другой перспективной проблемой химии фуллеренов является синтез водорастворимых соединений фуллеренов. Решение этой проблемы позволит создать новый класс биологически активных веществ для фармокологии. Так, в настоящее время уже получено соединение с большим количеством (порядка 26) гидроксильных групп. По сути дела эта молекула является многоатомным фуллереновым спиртом. Синтез этого соединения был выполнен в водном растворе NaOH с использованием тетрабутиламмония в качестве катализатора.

     Другим перспективным направлением является синтез фторсодержащих соединений фуллеренов, которые могут стать перспективной твердой смазкой, которая должна обладать высокими характеристиками при сколь угодно низких температурах. Однако в настоящее время этот вопрос не нашел своего подтверждения. Так, было синтезировано соединение C60F60, однако оно оказалось нестабильным, да к тому же еще и легко вступающим в реакцию с водой с образованием HF. Эта реакция сопровождается разрушением структуры фуллеренового остова. Менее фторированые соединения типа C60F36 и C60F44 оказались существенно более стабильными и по предварительным данным их уже можно использовать в качестве твердой смазки.

   В результате хлорирования образуется соединение, содержащее либо 12, либо 24 атома хлора. Привлекательной особенностью хлорсодержащих фуллеренов является то, что атомы хлора могут замещаться на другие органические заместители, что должно расширить класс фуллерен содержащих соединений. Впрочем, эта особенность, но в существенно меньшей степени проявляется и для фторсодержащих фуллеренов. Нагревание хлорсодержащих фуллеренов приводит к восстановлению исходной молекулы С60. Соединение, образующееся при реакции С60 с бромом содержит до 28 атомов этого элемента.

Уже первые работы по синтезу  органических соединений с участием фуллеренов показали их чрезвычайно  широкое разнообразие. Среди таких  “фуллероидов” можно отметить продукты присоединения радикалов водорода, фосфора, галогенов, металлов и их оксидов, одинарных и двойных бензольных колец и их производных. Следует отметить получение ряда удивительных соединений типа C60(OsO4)(C5H5N)2. Дальнейшие работы только подтвердили предположения о богатых перспективах развития металлоорганической химии фуллеренов.

 

 

 

 

 

Список  литературы:

 

1.  Соколов В.И., Станкевич  В.И. Фуллерены – новые аллотропные формы углерода: структура, электронное строение и химические свойства//Успехи химии. – 1993.

2.  Юровская М.А., Сидоров  Л.Н., Борщевский А .Я. и др. Фуллерены.-М.: Экзамен.- 2005.

4.  Андреев И.М., Романова  В.С., Петрухина А.О., Андреев С.М. Аминокислотные производные фуллерена С60 ведут себя как липофильные ионы, проникающие через биологические мембраны.//Физика твердого тела.- 2002.

6.  Гунькин И.Ф., Целуйкин В.Н., Н.Ю. Логинова. Синтез и изучение свойств водорастворимых производных фуллерена С60.// Журнал прикладной химии.-2006.

 

Источники из интернета:

 

http://www.mma.ru/news/id39018

http://www.nanometer.ru/2007/06/28/fullereni_3660.html

http://www.tiptoptech.net/fulleren.html

http://hitechnano.ru/item/26.html