Bakminsterfulleren

“Molecule of the Week” layihəsi çərçivəsində Bəyim Ələkbərli tərəfindən yazılan məqalə: “Bakminsterfulleren”.

Bakminsterfulleren nədir?

Fullerenlər və ya Bakminsterfulleren (digər adı “Buckyballs”) – 60 Karbon atomu ilə meydana gəlmiş bir molekuldur. Kürə, silindir və ya qəfəs şəklində olur. Spesifik molekul olaraq 12 beşbucaq və bir neçə altıbucaqdan ibarət qəfəsə malikdir. Altmış karbon atomundan ibarət fulleren futbol topu şəklindədir və buna görə də bəzi erkən yazarlar onu futbolin adlandırmışlar.

Bakminsterfullerenin kəşfi

Bakibol molekullarının nəzəri proqnozları 1960-cı illərin sonu və 1970-ci illərin əvvəllərində meydana çıxdı, lakin bu hesabatlar nəzərə çarpmadı. Bakminsterfulleren ilk dəfə 1984-cü ildə Erik Rolfing, Donald Kox və Andreu Kaldor tərəfindən səsdən sürətli helium şüasında karbonun buxarlanması üçün lazerdən istifadə etməklə əldə edilmişdir. Kroto, Körl və Smolli 1996-cı ildə Bakminsterfulleren və əlaqəli molekullar sinfi fullerenlərin kəşfindəki rollarına görə Nobel Kimya Mükafatına layiq görüldülər. Kroto-Smolli işi ilə əlaqəsi olmayan astrofiziklər nəhəng qırmızı karbon ulduzlarından infraqırmızı tullantıları araşdırmaq üçün spektroskopistlərlə işləyirdilər. Smalli və komandası, qırmızı karbon ulduzu ilə eyni dalğa uzunluğunda infraqırmızı çıxara biləcək potensial olaraq karbon qrupları yaratmaq üçün lazer buxarlanma texnikasından istifadə edə bildilər. Beləliklə, Smalli və komandasına fullerenlər yaratmaq üçün qrafit üzərində lazer texnikasından istifadə etmək üçün ilham gəldi. C₆₀, 1985-ci ildə Robert Körl, Harold Kroto və Riçard Smalli tərəfindən aşkar edilmişdir. Bundan başqa, C₆₀ molekulunun qəfəsə bənzər bir quruluş, nizamlı kəsilmiş ikosahedr meydana gətirdiyini də kəşf etdilər. Allotropun kəşfçiləri yeni tapılan molekula,  C₆₀-a bənzəyən bir çox geodeziya günbəz quruluşu dizayn edən və molekulun kəşfindən bir il əvvəl, 1983-cü ildə vəfat etmiş Bakminster Fuller’in adını verdilər.

Bakminsterfullerenin sintezi

Qrafitin lazerlə ablyasiyası və ya aromatik karbohidrogenlərin piroliz edilməsi ilə istehsal olunur. Fullerenlər Sokslet ekstraktoru istifadə etməklə üzvi həlledicilərlə birlikdə hissədən çıxarılır. Bu addım, digər fullerenlər kimi 60%-a qədər C₆₀ olan bir qarışıq verir. Bu fraksiyalar xromatoqrafiya üsulu ilə ayrılır. Ümumiyyətlə, fullerenlər karbohidrogen və ya halogenləşdirilmiş karbohidrogenlərdə həll olunur və alüminium sütunlardan istifadə olunaraq ayrılır.

Bakminsterfullerenin əsas xüsusiyyətləri

Bu maddə yüksək temperatura ve təzyiqə davamlıdır. C ₆₀ -da bir karbon atomu azot ve bor ilə əvəz oluna bilir və uyğun olaraq C₅₉N ve C₅₉B alınır. Fullerenlər aromatik həlledicilərdə və karbon disulfiddə az həll olur, lakin suda həll olmur. Saf C₆₀ məhlulları buxarlandıqdan sonra qəhvəyi bir qalıq qoyan dərin bənövşəyi rəngə malikdir. Bu rəng dəyişikliyinin səbəbi, fərdi  C₆₀ molekulları tərəfindən yaşıl işığın mənimsənilməsindən məsul olan molekulyar səviyyələr zolağının nisbətən dar enerji genişliyidir. Beləliklə, ayrı-ayrı molekullar bənövşəyi bir rənglə nəticələnən mavi və qırmızı işığı ötürür. Quruduqdan sonra molekullararası qarşılıqlı təsir enerji zolaqlarının üst-üstə düşməsi və genişlənməsi ilə nəticələnir və bununla da mavi işıq keçiriciliyini aradan qaldırır və bənövşəyi rəngdən qəhvəyi rəng dəyişikliyinə səbəb olur. C₆₀  qəfəsdəki bəzi həlledicilərlə kristallaşır (“solvatlar”). Məsələn, benzol məhlulunda C₆₀ -ın kristallaşması  C₆₀·4C₆H₆ düsturu ilə trikilinik kristallar verir. C₆₀ film və məhlulları güclü qeyri-xətti optik xüsusiyyətlərə malikdir.C₆₀ ≈1,6 eV-də optik udma həddinə sahib qəhvəyi bir qatı əmələ gətirir. Aşağı aktivləşmə enerjisi 0,1-0,3 eV olan n tipli yarımkeçiricidir; bu keçiricilik daxili və ya oksigenlə əlaqəli qüsurlara aid edilir.

Bakminsterfullerenin kimyəvi xassələri

C₆₀ az miqdarda aromatik xarakter nümayiş etdirir, lakin yenə də lokalizə edilmiş ikiqat və təkqat C-C rabitələrinin xarakterini də göstərir. Buna görə də C₆₀  polihidrofullerenlər alınması üçün hidrogenlə reaksiyaya girir. Yenidən C₆₀ alınması üçün polihidrofulleren qarışığı 2,3-dixloro-5,6-disiyano1,4-benzoquinone ilə yenidən oksidləşə bilər.

Halogenləşmə

Flüor, xlor və bromla birləşmə reaksiyaları mümkündür. Flüor atomları 1,2 vəziyyətə əlavə üçün kifayət qədər kiçikdir, Cl₂ və Br₂ isə sterik faktorlara görə uzaq C atomlarına əlavə edirlər . Məsələn, C₆₀Br₈  və C₆₀Br₂₄-də Br atomları bir-birinə görə 1,3 və ya 1,4-mövqelərdədir. Flüor və xlorun əlavə edilməsi, ümumiyyətlə, C₆₀ karkasının baraban şəkilli bir molekula əmələ gətirməsi ilə nəticələnir .

Oksigen atomlarının əlavə edilməsi

C₆₀ -ın oksigenlə reaksiyası C₆₀O epoksidini verə bilər. C₆₀ -ın 1,2-ksilolda 257 K temperaturda ozonlaşması C₆₀O-nun iki formasına parçalana bilən C₆₀O₃ ozonidini verir. C₆₀O₃-ün 296 K temperaturda parçalanması epoksid verir, ancaq fotoliz isə oksigen atomunun 5,6 vəziyyətlərini birləşdirdiyi bir məhsul verir.

Dils-Alder reaksiyası

C₆₀ ilə 3,6-diaril-1,2,4,5-tetrazinlər arasındakı Dils-Alder reaksiyası C₆₂ verir . C₆₂ dörd-üzvlü bir halqanın dörd altı-üzvlü halqa əhatə olunduğu  quruluşa sahibdir.

Sərbəst radikal reaksiyası.

C₆₀ -ın sərbəst radikallarla reaksiyası asanlıqla baş verir. C₆₀ disülfid RSSR ilə qarışdırıldıqda, C₆₀SR • radikalı qarışığın şüalanması nəticəsində spontan olaraq əmələ gəlir.

Tsiklopropanlaşma (Bingel reaksiyası)

C₆₀ üçün başqa bir maraqlı reaksiya siklopropanasiyadır (Bingel reaksiyası). C₆₀ -ın tsiklopropanlaşması əsasən sterik faktorlar səbəbindən 2 altıbucaqlı birləşmədə baş verir.

İlk tsiklopropanlaşma, əsasın iştirakı ilə β-bromomalonatın C₆₀  ilə reaksiyası  vasitəsiylə həyata keçirilmişdir. Tsiklopropanlaşma diazometanlarla da asanlıqla baş verir.

Bakminsterfullerenin tətbiqi

Texnologiyada

C₆₀ -ın optik absorbsiya xüsusiyyətləri günəş spektri ilə C₆₀ əsaslı filmlərin fotovoltaik tətbiqetmələr üçün faydalı ola biləcəyini göstərir. Donor-akseptor əsaslı günəş elementlərində istifadə olunan ən çox yayılmış elektron qəbuledicilərindən biridir. C₆₀ polimer batareyalarında 5.7 %-ə qədər çevrilmə səmərəliliyi qeyd edilmişdir.

Sağlamlığa təsiri

Araşdırmaya görə, C₆₀ bədəndə lazım olduğundan daha uzun müddət qalır, xüsusən də qaraciyərdə yığılaraq sağlamlığa zərərli təsirlər göstərmə potensialına sahib olur.

C₆₀ və riskli yağlar

2011-2012-ci illərdə test edilmiş bir sınaqda, siçovullara zeytun yağında həll edilmiş C₆₀ (bakminsterfulleren) verərək onların ömrünün xeyli uzanmasına nail oldular. O vaxtdan bəri  içərisində C₆₀ olan bir çox yağ antioksidan məhsul kimi bazara çıxarıldı, lakin sonrakı araşdırmalar işığa məruz qalan C₆₀ yağ məhlullarının toksiki xarakter daşıdığını və xərçəng şişi riskinin ‘kütləvi’ artmasına səbəb olduğunu göstərdi. Bu riskin qarşısını almaq üçün C₆₀ yağlarının çox qaranlıq mühitlərdə hazırlanması, qeyri-şəffaf şüşələrin içində qaranlıqda saxlanılması və aşağı işıq şəraitində istehlak edilməsi lazımdır.

Tibb sahəsində

Tibb sahəsində helium kimi elementlər hopdurulmuş bakibollardan (yəni C₆₀) kimyəvi iz kimi istifadə edilə bilər.

Ədəbiyyat:

1.  Dresselhaus, M. S.; Dresselhaus, G.; Eklund, P. C. (1996). Science of fullerenes and carbon nanotubes. San Diego, CA: Academic Press. ISBN 978-012-221820-0.
2. Herbig, E. (1975). “The diffuse interstellar bands. IV – the region 4400-6850 A”. Astrophys. J. 196: 129. Bibcode:1975ApJ…196..129H. doi:10.1086/153400.
3. Leger, A.; d’Hendecourt, L.; Verstraete, L.; Schmidt, W. (1988). “Remarkable candidates for the carrier of the diffuse interstellar bands: C₆₀⁺ and other polyhedral carbon ions”. Astron. Astrophys. 203 (1): 145. Bibcode:1988A&A…203..145L.
4. Dietz, T. G.; Duncan, M. A.; Powers, D. E.; Smalley, R. E. (1981). “Laser production of supersonic metal cluster beams”. J. Chem. Phys. 74 (11): 6511. Bibcode:1981JChPh..74.6511D. doi:10.1063/1.440991
5. Catherine E. Housecroft; Alan G. Sharpe (2008). “Chapter 14: The group 14 elements”. Inorganic Chemistry (3rd ed.). Pearson. ISBN 978-0-13-175553-6.
6. S. Dresselhaus; G. Dresselhaus; P. C. Eklund (20 February 1996). Science of fullerenes and carbon nanotubes. Academic Press. pp. 437–. ISBN 978-0-12-221820-0. Retrieved 26 December 2011.
7. Talyzin, A.V. (1997). “Phase Transition C₆₀−C₆₀*4C₆H₆ in Liquid Benzene”. Journal of Physical Chemistry B. 101 (47): 9679–9681. doi:10.1021/jp9720303.
8. Talyzin, A.V.; Engström, I. (1998). “C70 in Benzene, Hexane, and Toluene Solutions”. Journal of Physical Chemistry B. 102 (34): 6477–6481. doi:10.1021/jp9815255
9. Nature. “Degradation of C60 by light” (PDF).
10.  Grohn, Kristopher J. “Comp grad leads research”. WeyburnReview.
11. Grohn, Kristopher J.; and colleagues. “C60 in olive oil causes light-dependent toxicity” (PDF).
12. Baati, Tarek; Moussa, Fathi (June 2012). “The prolongation of the lifespan of rats by repeated oral administration of [60]fullerene”. Biomaterials. 33 (19): 4936–4946. doi:10.1016/j.biomaterials.2012.03.036. PMID 22498298.
13.  Disposition of Fullerene C60 in Rats Following Intratracheal or Intravenous Administration. Xenobiotica September 2019

Share on Facebook

Follow us