फुलरीनइस अवधारणा के सबसे सामान्य अर्थ में हम प्रयोगात्मक रूप से प्राप्त और काल्पनिक अणुओं को कह सकते हैं जिनमें विशेष रूप से कार्बन परमाणु होते हैं और उत्तल पॉलीहेड्रा का आकार होता है। कार्बन परमाणु अपने शीर्षों पर स्थित होते हैं, और सी-सी बांड किनारों के साथ चलते हैं।

फुलरीन कार्बन का एक आणविक रूप है। एक सामान्य परिभाषा यह है फुलरीन, जो ठोस अवस्था में होते हैं, आमतौर पर कहलाते हैं फुलराइट्स. फुलेराइट की क्रिस्टल संरचना फुलरीन अणुओं की एक आवधिक जाली है, और क्रिस्टलीय फुलेराइट में फुलरीन अणु एक एफसीसी जाली बनाते हैं।

नब्बे के दशक की शुरुआत से, फुलरीन खगोल विज्ञान, भौतिकी, जीव विज्ञान, रसायन विज्ञान, भूविज्ञान और अन्य विज्ञानों के लिए रुचिकर रहा है। फुलरीन को शानदार चिकित्सा गुणों का श्रेय दिया जाता है: उदाहरण के लिए, कथित तौर पर फुलरीन का उपयोग कॉस्मेटोलॉजी में एंटी-एजिंग एजेंट के रूप में सौंदर्य प्रसाधनों में पहले से ही शुरू हो गया है। फुलरीन की मदद से वे कैंसर, एचआईवी और अन्य खतरनाक बीमारियों से लड़ेंगे। साथ ही, इन आंकड़ों की नवीनता, उनके ज्ञान की कमी और आधुनिक सूचना स्थान की विशिष्टताएं अभी भी फुलरीन के बारे में ऐसी जानकारी पर एक सौ प्रतिशत विश्वास की अनुमति नहीं देती हैं।

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व्यापक रूप से सरलीकृत दृष्टिकोण यह है कि फुलरीन की खोज से पहले, कार्बन के दो बहुरूपी संशोधन थे - ग्रेफाइट और हीरा, और 1990 के बाद कार्बन का एक और एलोट्रोपिक रूप उनमें जोड़ा गया था। वास्तव में, ऐसा नहीं है, क्योंकि कार्बन के अस्तित्व के रूप आश्चर्यजनक रूप से विविध हैं (लेख देखें)।

फुलरीन की खोज का इतिहास

एल.एन. के नेतृत्व में लेखकों की एक टीम। सिदोरोव ने अपने मोनोग्राफ "फुलरीन" में इस विषय पर बड़ी संख्या में कार्यों का सारांश दिया, हालांकि उनमें से सभी नहीं: जब पुस्तक प्रकाशित हुई, तब तक फुलरीन को समर्पित प्रकाशनों की कुल संख्या लगभग 15 हजार तक पहुंच गई। लेखकों के अनुसार, फुलरीन की खोज- कार्बन के अस्तित्व का एक नया रूप - हमारे ग्रह पर सबसे आम तत्वों में से एक - को 20 वीं शताब्दी के विज्ञान में सबसे महत्वपूर्ण खोजों में से एक माना जाता है। कार्बन परमाणुओं की जटिल शाखाओं वाली और विशाल आणविक संरचनाओं में बंधने की लंबे समय से ज्ञात अद्वितीय क्षमता के बावजूद, जो सभी कार्बनिक रसायन विज्ञान का आधार बनती है, केवल एक कार्बन से स्थिर ढाँचा अणु बनाने की संभावना अभी भी अप्रत्याशित निकली। आंकड़ों के अनुसार, प्रायोगिक पुष्टि कि प्रकृति में स्वाभाविक रूप से होने वाली प्रक्रियाओं के दौरान इस प्रकार के 60 या अधिक परमाणुओं के अणु उत्पन्न हो सकते हैं, 1985 में प्राप्त किया गया था, लेकिन उससे बहुत पहले एक बंद कार्बन क्षेत्र के साथ अणुओं की स्थिरता का अनुमान पहले ही लगाया जा चुका था।

फुलरीन का पता लगानाइसका सीधा संबंध कार्बन के उर्ध्वपातन और संघनन की प्रक्रियाओं के अध्ययन से है।

नये चरण में फुलरीन का अध्ययन 1990 में आया, जब ग्राम मात्रा में नए यौगिकों को प्राप्त करने की एक विधि विकसित की गई और फुलरीन को उनके शुद्ध रूप में अलग करने की एक विधि का वर्णन किया गया। इसके बाद, फुलरीन C60 की सबसे महत्वपूर्ण संरचनात्मक और भौतिक-रासायनिक विशेषताएं स्थापित की गईं। C60 आइसोमर (बकमिनस्टरफुलरीन) ज्ञात फुलरीन में सबसे आसानी से बनने वाला यौगिक है। C60 फुलरीन को इसका नाम भविष्यवादी वास्तुकार रिचर्ड बकमिन्स्टर फुलर के सम्मान में मिला, जिन्होंने ऐसी संरचनाएँ बनाईं जिनके गुंबददार फ्रेम में पेंटागन और हेक्सागोन शामिल थे। उसी समय, शोध प्रक्रिया के दौरान एक सामान्य नाम की आवश्यकता उत्पन्न हुई फुलरीनउनकी विविधता के कारण, एक बंद सतह (कार्बन फ्रेम) के साथ वॉल्यूमेट्रिक संरचनाओं के लिए।

यह भी ध्यान देने योग्य है कि कार्बन सामग्री की एक पूरी श्रृंखला का नाम बकमिनस्टर फुलर के नाम पर रखा गया है: c60 फुलरीन (बकमिनस्टर फुलरीन) को बकीबॉल भी कहा जाता है (बकमिनस्टर फुलर को "बकमिनस्टर" नाम पसंद नहीं आया और उन्होंने संक्षिप्त नाम "बकी" पसंद किया)। इसके अलावा, एक ही उपसर्ग के साथ उन्हें कभी-कभी कहा जाता है: कार्बन नैनोट्यूब - बकीट्यूब, अंडे के आकार का फुलरीन - बकयेग (बकीबॉल अंडा), आदि।

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फुलरीन के गुण. फुलराइट

फुलरीन के गुणवस्तुनिष्ठ कारणों से पर्याप्त अध्ययन नहीं किया गया है: अपेक्षाकृत कम संख्या में प्रयोगशालाओं के पास इन गुणों का अध्ययन करने का अवसर है। लेकिन समय-समय पर और लोकप्रिय विज्ञान प्रेस में, फुलरीन और उनके गुणों पर इतना ध्यान दिया जाता है... अक्सर, फुलरीन के चमत्कारी गुणों के बारे में असत्यापित जानकारी आश्चर्यजनक गति से और बड़े पैमाने पर फैलती है, जिसके परिणामस्वरूप कमजोर आवाज़ आती है। खंडन अनसुना रह जाता है। उदाहरण के लिए, वैज्ञानिकों के एक समूह का यह कथन कि शुंगाइट में फुलरीन मौजूद है, का बार-बार परीक्षण किया गया, लेकिन इसकी पुष्टि नहीं की गई (चर्चा देखें)। फिर भी, शुंगाइट को आज "प्राकृतिक नैनोटेक्नोलॉजिकल फुलरीन युक्त सामग्री" माना जाता है - एक ऐसा कथन, जो मेरी राय में, अब तक एक विपणन चाल की तरह दिखता है।

कुछ शोधकर्ता फुलरीन की विषाक्तता जैसे खतरनाक गुण की रिपोर्ट करते हैं।

एक नियम के रूप में, जब बात की जाती है फुलरीन के गुणउनका तात्पर्य उनके क्रिस्टलीय रूप से है - फुलराइट्स।

महत्वपूर्ण अंतर फुलरीन क्रिस्टलकई अन्य कार्बनिक पदार्थों के आणविक क्रिस्टल से जिसमें उन्हें देखा नहीं जा सकता है द्रव चरण. शायद इसका कारण यह है कि तापमान 1200 है कतरल अवस्था में संक्रमण, जिसे फुलेराइट सी 60 के लिए जिम्मेदार ठहराया जाता है, पहले से ही इसके मूल्य से अधिक है जिस पर फुलरीन अणुओं के कार्बन फ्रेम का ध्यान देने योग्य विनाश होता है।

आंकड़ों के मुताबिक, को फुलरीन के गुणअसामान्य रूप से उच्च स्थिरता को संदर्भित करता है, जो फुलरीन से जुड़ी प्रक्रियाओं के अध्ययन के परिणामों से प्रमाणित होता है। विशेष रूप से, लेखक ने इसे नोट किया है क्रिस्टलीय फुलरीन 1000-1200 K के तापमान तक एक स्थिर पदार्थ के रूप में मौजूद होता है, जिसे इसकी गतिज स्थिरता द्वारा समझाया जाता है। सच है, यह आर्गन के निष्क्रिय वातावरण में C60 फुलरीन अणु की स्थिरता की चिंता करता है, और ऑक्सीजन की उपस्थिति में, CO और CO 2 के गठन के साथ 500 K पर पहले से ही महत्वपूर्ण ऑक्सीकरण देखा जाता है।

यह कार्य अत्यधिक शॉक लोडिंग की स्थितियों के तहत C60 और C70 फुलराइट्स के इलेक्ट्रोफिजिकल और थर्मोडायनामिक गुणों के व्यापक अध्ययन के लिए समर्पित है।

किसी भी मामले में, फुलरीन के गुणों पर चर्चा करते समय, यह निर्दिष्ट करना आवश्यक है कि कौन सा यौगिक अभिप्रेत है - C20, C60, C70 या कोई अन्य, स्वाभाविक रूप से, इन फुलरीन के गुण पूरी तरह से अलग होंगे;

वर्तमान में फुलरीन C60, C70इसलिए, फुलरीन युक्त उत्पाद विभिन्न विदेशी और घरेलू उद्यमों द्वारा उत्पादित और बिक्री के लिए पेश किए जाते हैं फुलरीन खरीदेंऔर व्यस्त हो जाओ फुलरीन के गुणों का अध्ययनसैद्धांतिक रूप से कोई भी इसे कर सकता है। फुलरीन C60 और C70 को प्रकार, शुद्धता की डिग्री, मात्रा और अन्य कारकों के आधार पर $15 से $210 प्रति ग्राम और इससे भी अधिक कीमतों पर पेश किया जाता है। फुलरीन का उत्पादन और बिक्री »

कच्चा लोहा और स्टील में फुलरीन

अस्तित्व मानकर लौह-कार्बन मिश्रधातुओं में फुलरीन और फुलरीन संरचनाएँ, तो उन्हें संरचनात्मक और चरण परिवर्तनों में भाग लेते हुए, स्टील्स और कच्चा लोहा के भौतिक और यांत्रिक गुणों को महत्वपूर्ण रूप से प्रभावित करना चाहिए।

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लौह-कार्बन मिश्र धातुओं के क्रिस्टलीकरण के तंत्र पर लंबे समय से इन प्रक्रियाओं के शोधकर्ताओं का बहुत करीबी ध्यान रहा है। लेख उच्च शक्ति वाले कच्चे लोहे में गोलाकार ग्रेफाइट के गठन के संभावित तंत्र और इसकी संरचना की विशेषताओं को ध्यान में रखते हुए चर्चा करता है। लौह-कार्बन मिश्र धातुओं की फुलरीन प्रकृति. लेखक लिखते हैं कि "फुलरीन और फुलरीन पर आधारित संरचनाओं की खोज के साथ, कई कार्यों ने इन संरचनाओं के आधार पर गोलाकार ग्रेफाइट के गठन के तंत्र को समझाने का प्रयास किया है।"

कार्य फुलरीन रसायन विज्ञान के क्षेत्र में प्रगति की जांच करता है और "लौह-कार्बन पिघलने की संरचना के बारे में नए विचारों" का सारांश देता है। लेखक का कहना है कि कार्बन का आणविक रूप है फुलरीन C60- उनके द्वारा शास्त्रीय धातु विज्ञान विधियों द्वारा गलाए गए लौह-कार्बन मिश्र धातुओं की पहचान की गई, और इसकी उपस्थिति के लिए तीन संभावित तंत्रों का भी पता चला स्टील और कच्चा लोहा की संरचना में फुलरीन:

मिश्र धातु के उत्पादन के लिए धातुकर्म प्रक्रियाओं के दौरान फुलरीन युक्त चार्ज से फुलरीन का पिघल में संक्रमण;

प्राथमिक क्रिस्टलीकरण के दौरान फुलरीन का निर्माण;

थर्मल प्रभावों के तहत होने वाले संरचनात्मक और चरण परिवर्तनों के परिणामस्वरूप।

एक समय, 5 साल पहले, हमने चुना था फुलरीनऔर वेबसाइट www.site के लोगो के रूप में एक षट्भुज, लौह-कार्बन पिघलने के अनुसंधान के क्षेत्र में नवीनतम उपलब्धियों के प्रतीक के रूप में, Fe-C पिघलने के संशोधन से संबंधित नए विकास और खोजों के प्रतीक के रूप में - एक आधुनिक फाउंड्री और लघु-स्तरीय धातुकर्म का अभिन्न चरण।

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फुलरीन की खोज - पृथ्वी पर सबसे आम तत्वों में से एक - कार्बन के अस्तित्व का एक नया रूप, 20 वीं शताब्दी के विज्ञान में अद्भुत और सबसे महत्वपूर्ण खोजों में से एक के रूप में मान्यता प्राप्त है। कार्बन परमाणुओं की जटिल, अक्सर शाखित और विशाल आणविक संरचनाओं में बंधने की लंबे समय से ज्ञात अद्वितीय क्षमता के बावजूद, जो सभी कार्बनिक रसायन विज्ञान का आधार बनता है, केवल एक कार्बन से स्थिर ढाँचा अणु बनाने की वास्तविक संभावना अभी भी अप्रत्याशित थी। प्रायोगिक पुष्टि कि इस प्रकार के अणु, जिसमें 60 या अधिक परमाणु शामिल हैं, प्रकृति में स्वाभाविक रूप से होने वाली प्रक्रियाओं के दौरान उत्पन्न हो सकते हैं, 1985 में हुई। और उससे बहुत पहले, कुछ लेखकों ने एक बंद कार्बन क्षेत्र के साथ अणुओं की स्थिरता मान ली थी। हालाँकि, ये धारणाएँ विशुद्ध रूप से काल्पनिक और विशुद्ध सैद्धांतिक थीं। यह कल्पना करना काफी कठिन था कि ऐसे यौगिकों को रासायनिक संश्लेषण के माध्यम से प्राप्त किया जा सकता है। इसलिए, इन कार्यों पर किसी का ध्यान नहीं गया, और फुलरीन की प्रायोगिक खोज के बाद, केवल पूर्वव्यापी रूप से उन पर ध्यान दिया गया। 1990 में एक नया चरण शुरू हुआ, जब ग्राम मात्रा में नए यौगिकों को प्राप्त करने की एक विधि पाई गई, और फुलरीन को उनके शुद्ध रूप में अलग करने की एक विधि का वर्णन किया गया। इसके तुरंत बाद, फुलरीन सी 60 की सबसे महत्वपूर्ण संरचनात्मक और भौतिक-रासायनिक विशेषताएं निर्धारित की गईं, जो ज्ञात फुलरीन के बीच सबसे आसानी से बनने वाला यौगिक है। उनकी खोज के लिए - रचना सी 60 और सी 70 के कार्बन समूहों की खोज - आर. कर्ल, आर. स्माले और जी. क्रोटो को 1996 में रसायन विज्ञान में नोबेल पुरस्कार से सम्मानित किया गया था। उन्होंने फुलरीन सी 60 की संरचना का भी प्रस्ताव रखा, जो सभी फुटबॉल प्रशंसकों को ज्ञात है।

जैसा कि आप जानते हैं, सॉकर बॉल का खोल 12 पेंटागन और 20 हेक्सागोन से बना होता है। सैद्धांतिक रूप से, दोहरे और एकल बांड की 12,500 संभावित व्यवस्थाएँ संभव हैं। सबसे स्थिर आइसोमर (आकृति में दिखाया गया है) में एक कटी हुई इकोसाहेड्रल संरचना होती है जिसमें पेंटागन में कोई दोहरा बंधन नहीं होता है। सी 60 के इस आइसोमर को आर. बकमिनस्टर फुलर नामक प्रसिद्ध वास्तुकार के सम्मान में "बकमिनस्टरफुलरीन" नाम दिया गया था, जिन्होंने ऐसी संरचनाएँ बनाईं जिनके गुंबददार फ्रेम का निर्माण पेंटागन और हेक्सागोन से किया गया था। जल्द ही सी 70 के लिए रग्बी गेंद के समान एक संरचना (लम्बी आकृति के साथ) प्रस्तावित की गई।

कार्बन ढांचे में, सी परमाणुओं को एसपी 2 संकरण की विशेषता होती है, जिसमें प्रत्येक कार्बन परमाणु तीन पड़ोसी परमाणुओं से जुड़ा होता है। संयोजकता 4 प्रत्येक कार्बन परमाणु और उसके पड़ोसियों में से एक के बीच पी-आबंध के माध्यम से महसूस की जाती है। स्वाभाविक रूप से, यह माना जाता है कि सुगंधित यौगिकों की तरह, पी-बॉन्ड को डेलोकलाइज़ किया जा सकता है। ऐसी संरचनाओं का निर्माण किसी भी सम क्लस्टर के लिए n≥20 के साथ किया जा सकता है। उनमें 12 पंचकोण और (n-20)/2 षट्कोण होने चाहिए। सैद्धांतिक रूप से संभव फुलरीन में से सबसे कम, सी 20, एक डोडेकेहेड्रोन से ज्यादा कुछ नहीं है - पांच नियमित पॉलीहेड्रा में से एक, जिसमें 12 पंचकोणीय चेहरे हैं, और कोई हेक्सागोनल चेहरे नहीं हैं। इस आकार के एक अणु में अत्यधिक तनावग्रस्त संरचना होगी, और इसलिए इसका अस्तित्व ऊर्जावान रूप से प्रतिकूल है।

इस प्रकार स्थिरता की दृष्टि से फुलरीन को दो प्रकारों में विभाजित किया जा सकता है। उनके बीच की सीमा तथाकथित द्वारा खींची जा सकती है पृथक पेंटागन नियम (आईपीआर)। यह नियम बताता है कि सबसे स्थिर फुलरीन वे हैं जिनमें पेंटागन के किसी भी जोड़े में आसन्न किनारे नहीं होते हैं। दूसरे शब्दों में, पंचभुज एक दूसरे को स्पर्श नहीं करते हैं, और प्रत्येक पंचभुज पाँच षट्कोणों से घिरा होता है। यदि हम फुलरीन को कार्बन परमाणुओं की बढ़ती संख्या n के क्रम में व्यवस्थित करते हैं, तो बकमिनस्टरफुलरीन - C 60 पहला प्रतिनिधि है जो पृथक पेंटागन के नियम को संतुष्ट करता है, और C 70 दूसरा है। n>70 वाले फुलरीन अणुओं में हमेशा एक आइसोमर होता है जो आईपीआर का पालन करता है, और ऐसे आइसोमर्स की संख्या परमाणुओं की संख्या के साथ तेजी से बढ़ती है। सी 78 के लिए 5, सी 84 के लिए 24 और सी 90 के लिए 40 आइसोमर्स पाए गए। जिन आइसोमर्स की संरचना में आसन्न पेंटागन होते हैं वे काफी कम स्थिर होते हैं।

फुलरीन की रसायन शास्त्र

वर्तमान में, वैज्ञानिक अनुसंधान का प्रमुख हिस्सा फुलरीन के रसायन विज्ञान से संबंधित है। फुलरीन पर आधारित 3 हजार से अधिक नए यौगिकों को पहले ही संश्लेषित किया जा चुका है। फुलरीन रसायन विज्ञान का इतना तीव्र विकास इस अणु की संरचनात्मक विशेषताओं और एक बंद कार्बन क्षेत्र पर बड़ी संख्या में दोहरे संयुग्मित बंधों की उपस्थिति से जुड़ा है। पदार्थों के कई ज्ञात वर्गों के प्रतिनिधियों के साथ फुलरीन के संयोजन ने सिंथेटिक रसायनज्ञों के लिए इस यौगिक के कई व्युत्पन्न प्राप्त करने की संभावना खोल दी है।

बेंजीन के विपरीत, जहां सी-सी बॉन्ड की लंबाई समान होती है, फुलरीन में अधिक "डबल" और अधिक "सिंगल" चरित्र के बॉन्ड को प्रतिष्ठित किया जा सकता है, और रसायनज्ञ अक्सर फुलरीन को इलेक्ट्रॉन-कमी वाले पॉलीन सिस्टम के रूप में मानते हैं, न कि सुगंधित अणुओं के रूप में। . यदि हम C60 की ओर मुड़ते हैं, तो इसमें दो प्रकार के बंधन होते हैं: छोटे (1.39 Å) बंधन आसन्न हेक्सागोनल चेहरों के सामान्य किनारों के साथ चलते हैं, और लंबे (1.45 Å) बंधन पंचकोणीय और हेक्सागोनल चेहरों के सामान्य किनारों के साथ स्थित होते हैं। एक ही समय में, न तो छह-सदस्यीय, न ही, विशेष रूप से, पांच-सदस्यीय वलय उस अर्थ में सुगंधित गुण प्रदर्शित करते हैं जिसमें बेंजीन या अन्य समतल संयुग्मित अणु जो हुकेल के नियम का पालन करते हैं, उन्हें प्रदर्शित करते हैं। इसलिए, सी 60 में छोटे बांड को आमतौर पर डबल माना जाता है, जबकि लंबे बांड को सिंगल माना जाता है। फुलरीन की सबसे महत्वपूर्ण विशेषताओं में से एक असामान्य रूप से बड़ी संख्या में समतुल्य प्रतिक्रिया केंद्रों की उपस्थिति है, जो अक्सर उनसे जुड़े प्रतिक्रियाओं के उत्पादों की एक जटिल आइसोमेरिक संरचना की ओर ले जाती है। परिणामस्वरूप, फुलरीन के साथ अधिकांश रासायनिक प्रतिक्रियाएं चयनात्मक नहीं होती हैं, और व्यक्तिगत यौगिकों का संश्लेषण बहुत मुश्किल हो सकता है।

अकार्बनिक फुलरीन डेरिवेटिव के उत्पादन के लिए प्रतिक्रियाओं में, सबसे महत्वपूर्ण हैलोजनीकरण की प्रक्रियाएं और सबसे सरल हैलोजन डेरिवेटिव की तैयारी, साथ ही हाइड्रोजनीकरण प्रतिक्रियाएं हैं। इस प्रकार, ये प्रतिक्रियाएं 1991 में फुलरीन सी 60 के साथ की गई पहली प्रतिक्रियाओं में से थीं। आइए हम इन यौगिकों के निर्माण के लिए अग्रणी प्रतिक्रियाओं के मुख्य प्रकारों पर विचार करें।

फुलरीन की खोज के तुरंत बाद, उनके हाइड्रोजनीकरण से "फुलरेन" बनने की संभावना ने बहुत रुचि जगाई। प्रारंभ में, फुलरीन में साठ हाइड्रोजन परमाणुओं को जोड़ना संभव लग रहा था। इसके बाद, सैद्धांतिक कार्यों में यह दिखाया गया कि सी 60 एच 60 अणु में, हाइड्रोजन परमाणुओं का हिस्सा फुलरीन क्षेत्र के अंदर होना चाहिए, क्योंकि साइक्लोहेक्सेन अणुओं की तरह छह-सदस्यीय छल्ले, "कुर्सी" या "बाथटब" पर लेना चाहिए। रचना. इसलिए, वर्तमान में ज्ञात पॉलीहाइड्रोफुलरीन अणुओं में सी 60 फुलरीन के लिए 2 से 36 हाइड्रोजन परमाणु और सी 70 फुलरीन के लिए 2 से 8 तक होते हैं।

फुलरीन के फ्लोरिनेशन के दौरान, यौगिकों सी 60 एफ एन का एक पूरा सेट खोजा गया था, जहां एन 60 तक सम मान लेता है। 50 से 60 तक एन के साथ फ्लोरिनेटेड डेरिवेटिव को पेरफ्लोराइड्स कहा जाता है और मास स्पेक्ट्रोस्कोपी द्वारा फ्लोरिनेशन उत्पादों के बीच पाया गया था। अत्यंत कम सांद्रता में. इसमें हाइपरफ्लोराइड्स भी होते हैं, यानी, संरचना सी 60 एफ एन, एन> 60 के उत्पाद, जहां फुलरीन का कार्बन फ्रेम आंशिक रूप से नष्ट हो जाता है। यह माना जाता है कि पेरफ़्लुओराइड्स में भी ऐसी ही चीज़ होती है। विभिन्न रचनाओं के फुलरीन फ्लोराइड के संश्लेषण के मुद्दे एक स्वतंत्र और दिलचस्प समस्या हैं, जिसका अध्ययन मॉस्को स्टेट यूनिवर्सिटी के रसायन विज्ञान संकाय में सबसे अधिक सक्रिय रूप से किया जाता है। एम.वी. लोमोनोसोव।

विभिन्न परिस्थितियों में फुलरीन के क्लोरीनीकरण की प्रक्रियाओं का सक्रिय अध्ययन 1991 में ही शुरू हो गया था। पहले कार्यों में, लेखकों ने विभिन्न सॉल्वैंट्स में क्लोरीन और फुलरीन पर प्रतिक्रिया करके C60 क्लोराइड प्राप्त करने का प्रयास किया। आज तक, विभिन्न क्लोरीनीकरण एजेंटों का उपयोग करके प्राप्त फुलरीन सी 60 और सी 70 के कई अलग-अलग क्लोराइडों को अलग किया गया है और उनकी विशेषता बताई गई है।

फुलरीन को ब्रोमिनेट करने का पहला प्रयास 1991 में ही किया गया था। फुलरीन C60 को शुद्ध ब्रोमीन में 20 और 50 O C के तापमान पर रखा गया, जिससे प्रति फुलरीन अणु में 2-4 ब्रोमीन परमाणु जुड़ने के बराबर मात्रा में इसका द्रव्यमान बढ़ गया। ब्रोमिनेशन के आगे के अध्ययनों से पता चला है कि कई दिनों तक आणविक ब्रोमीन के साथ फुलरीन सी 60 की परस्पर क्रिया से एक चमकीला नारंगी पदार्थ बनता है, जिसकी संरचना मौलिक विश्लेषण द्वारा सी 60 बीआर 28 निर्धारित की गई थी। इसके बाद, फुलरीन के कई ब्रोमीन डेरिवेटिव को संश्लेषित किया गया, जो अणु में ब्रोमीन परमाणुओं की संख्या के लिए मूल्यों की एक विस्तृत श्रृंखला में भिन्न थे। उनमें से कई की विशेषता मुक्त ब्रोमीन अणुओं के समावेश के साथ क्लैथ्रेट्स का निर्माण है।

पेरफ्लुओरोएल्काइल डेरिवेटिव में रुचि, विशेष रूप से फुलरीन के ट्राइफ्लोरोमेथिलेटेड डेरिवेटिव में, सबसे पहले, फुलरीन के हैलोजन डेरिवेटिव की तुलना में इन यौगिकों की अपेक्षित गतिज स्थिरता के साथ जुड़ा हुआ है, जो न्यूक्लियोफिलिक एस एन 2'-प्रतिस्थापन प्रतिक्रियाओं से ग्रस्त हैं। इसके अलावा, पेरफ्लूरोएल्किलफुलेरेन उच्च इलेक्ट्रॉन बंधुता वाले यौगिकों के रूप में रुचिकर हो सकते हैं, क्योंकि पेरफ्लूरोएल्किल समूहों के स्वीकर्ता गुण फ्लोरीन परमाणुओं से भी अधिक मजबूत होते हैं। आज तक, संरचना सी 60/70 (सीएफ 3) एन, एन=2-20 के पृथक और विशिष्ट व्यक्तिगत यौगिकों की संख्या 30 से अधिक है, और कई अन्य फ्लोरीन युक्त समूहों के साथ फुलरीन क्षेत्र को संशोधित करने के लिए गहन कार्य चल रहा है - सीएफ 2, सी 2 एफ 5, सी 3 एफ 7।

जैविक रूप से सक्रिय फुलरीन डेरिवेटिव का निर्माण, जिसका उपयोग जीव विज्ञान और चिकित्सा में किया जा सकता है, फुलरीन अणु को हाइड्रोफिलिक गुण प्रदान करने से जुड़ा है। हाइड्रोफिलिक फुलरीन डेरिवेटिव के संश्लेषण के लिए एक विधि हाइड्रॉक्सिल समूहों की शुरूआत और 26 ओएच समूहों वाले फुलरीनोल या फुलेरोल का गठन है, साथ ही, संभवतः, ऑक्साइड के मामले में देखे गए ऑक्सीजन पुलों के समान है। ऐसे यौगिक पानी में अत्यधिक घुलनशील होते हैं और इनका उपयोग नए फुलरीन डेरिवेटिव के संश्लेषण के लिए किया जा सकता है।

फुलरीन ऑक्साइड के लिए, यौगिक सी 60 ओ और सी 70 ओ हमेशा फुलरीन के मूल मिश्रण में थोड़ी मात्रा में मौजूद होते हैं। संभवतः, इलेक्ट्रिक आर्क डिस्चार्ज के दौरान कक्ष में ऑक्सीजन मौजूद होती है और कुछ फुलरीन ऑक्सीकृत हो जाते हैं। फुलरीन ऑक्साइड विभिन्न अवशोषकों के साथ स्तंभों पर अच्छी तरह से अलग हो जाते हैं, जिससे फुलरीन नमूनों की शुद्धता और उनमें ऑक्साइड की अनुपस्थिति या उपस्थिति को नियंत्रित करना संभव हो जाता है। हालाँकि, फुलरीन ऑक्साइड की कम स्थिरता उनके व्यवस्थित अध्ययन को रोकती है।

फुलरीन के कार्बनिक रसायन विज्ञान के संबंध में जो बात नोट की जा सकती है वह यह है कि, इलेक्ट्रॉन की कमी वाला पॉलीन होने के कारण, फुलरीन C60 रेडिकल, न्यूक्लियोफिलिक और साइक्लोडडिशन प्रतिक्रियाओं से गुजरने की प्रवृत्ति प्रदर्शित करता है। फुलरीन क्षेत्र के क्रियाशीलता के संदर्भ में विभिन्न साइक्लोडडिशन प्रतिक्रियाएं विशेष रूप से आशाजनक हैं। अपनी इलेक्ट्रॉनिक प्रकृति के कारण, C60 -साइक्लोएडिशन प्रतिक्रियाओं में भाग लेने में सक्षम है, सबसे विशिष्ट मामले तब होते हैं जब n=1, 2, 3 और 4।

फुलरीन डेरिवेटिव के संश्लेषण के क्षेत्र में काम करने वाले सिंथेटिक रसायनज्ञों द्वारा आज तक हल की गई मुख्य समस्या प्रतिक्रियाओं की चयनात्मकता बनी हुई है। फुलरीन के अलावा स्टीरियोकैमिस्ट्री की विशिष्टताओं में सैद्धांतिक रूप से संभव आइसोमर्स की एक बड़ी संख्या शामिल है। इसलिए, उदाहरण के लिए, यौगिक सी 60 एक्स 2 में 23 हैं, जबकि सी 60 एक्स 4 में पहले से ही 4368 हैं, उनमें से 8 दो दोहरे बांड पर अतिरिक्त उत्पाद हैं। हालाँकि, सी 60 एक्स 4 के 29 आइसोमर्स का कोई रासायनिक अर्थ नहीं होगा, सी-एक्स बांड बनाने वाले तीन एसपी 3-हाइब्रिडाइज्ड परमाणुओं से घिरे एक एसपी2-हाइब्रिडाइज्ड कार्बन परमाणु की उपस्थिति के कारण उत्पन्न होने वाली ट्रिपल ग्राउंड स्थिति होगी। जमीनी अवस्था की बहुलता को ध्यान में रखे बिना सैद्धांतिक रूप से संभव आइसोमर्स की अधिकतम संख्या सी 60 एक्स 30 के मामले में देखी जाएगी और 985538239868524 होगी (उनमें से 1294362 15 दोहरे बांडों के जोड़ के उत्पाद हैं), जबकि की संख्या उपरोक्त उदाहरण में समान प्रकृति के गैर-एकल आइसोमर्स को आसानी से गिना नहीं जा सकता है, लेकिन सामान्य विचारों से इसे संबद्ध समूहों की संख्या में वृद्धि के साथ लगातार बढ़ना चाहिए। किसी भी मामले में, सैद्धांतिक रूप से अनुमेय आइसोमर्स की संख्या ज्यादातर मामलों में बहुत बड़ी है, लेकिन जब कम सममित सी 70 और उच्चतर फुलरीन की ओर बढ़ते हैं, तो यह कई गुना या परिमाण के क्रम से बढ़ जाती है।

वास्तव में, क्वांटम रासायनिक गणनाओं के असंख्य आंकड़ों से पता चलता है कि फुलरीन की अधिकांश हैलोजनीकरण और हाइड्रोजनीकरण प्रतिक्रियाएं गठन के साथ आगे बढ़ती हैं, यदि सबसे स्थिर आइसोमर्स नहीं हैं, तो कम से कम ऊर्जा में थोड़ा भिन्न होते हैं। सबसे बड़ी विसंगतियाँ निचले फुलरीन हाइड्राइड के मामले में देखी जाती हैं, जिनकी आइसोमेरिक संरचना, जैसा कि ऊपर दिखाया गया है, संश्लेषण के मार्ग पर थोड़ी सी भी निर्भर हो सकती है। लेकिन परिणामी आइसोमर्स की स्थिरता अभी भी बेहद करीब है। फुलरीन डेरिवेटिव के गठन के इन पैटर्न का अध्ययन एक दिलचस्प समस्या है, जिसके समाधान से फुलरीन और उनके डेरिवेटिव के रसायन विज्ञान के क्षेत्र में नई उपलब्धियां प्राप्त होती हैं।

फुलरीन प्रकृति में हर जगह मौजूद है, और विशेष रूप से जहां कार्बन और उच्च ऊर्जा है। वे कार्बन तारों के पास, अंतरतारकीय अंतरिक्ष में, उन स्थानों पर मौजूद होते हैं जहां बिजली गिरती है, ज्वालामुखी क्रेटर के पास, और तब बनते हैं जब घरेलू गैस स्टोव में या साधारण लाइटर की लौ में गैस जलती है।

फुलरीन उन स्थानों पर भी पाए जाते हैं जहां प्राचीन कार्बन चट्टानें जमा होती हैं। एक विशेष स्थान करेलियन खनिजों - शुंगाइट्स का है। 80% तक शुद्ध कार्बन युक्त ये चट्टानें लगभग 2 अरब वर्ष पुरानी हैं। उनकी उत्पत्ति की प्रकृति अभी भी स्पष्ट नहीं है। मान्यताओं में से एक बड़े कार्बन उल्कापिंड का गिरना है।

शुंगाइट्स स्टोन में फुलरीन कई मुद्रित प्रकाशनों और इंटरनेट साइटों पर व्यापक रूप से चर्चा का विषय है। इस मामले पर कई परस्पर विरोधी राय हैं, जो शुंगाइट उत्पादों के पाठकों और उपयोगकर्ताओं दोनों के बीच कई सवाल उठाती हैं। क्या शुंगाइट्स में वास्तव में कार्बन का आणविक रूप - फुलरीन होता है? क्या उपचारात्मक "मार्शल वाटर्स" में फुलरीन होता है? क्या शुंगाइट मिला हुआ पानी पीना संभव है और इससे क्या लाभ होगा? विभिन्न शुंगाइट्स के गुणों पर वैज्ञानिक अनुसंधान में हमारे अनुभव के आधार पर, नीचे हम इन और कुछ अन्य अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्नों पर अपनी राय प्रस्तुत करते हैं।

वर्तमान में, करेलियन शुंगाइट्स का उपयोग करके बनाए गए उत्पाद व्यापक हो गए हैं। ये जल शोधन के लिए विभिन्न फिल्टर, पिरामिड, पेंडेंट, उत्पाद हैं जो विद्युत चुम्बकीय विकिरण से बचाते हैं, पेस्ट और बस शुंगाइट कुचल पत्थर और कई अन्य प्रकार के उत्पाद हैं जो निवारक, चिकित्सीय और स्वास्थ्य उत्पादों के रूप में पेश किए जाते हैं। इसके अलावा, एक नियम के रूप में, हाल के वर्षों में, विभिन्न प्रकार के शुंगाइट्स के उपचार गुणों का श्रेय उनमें मौजूद फुलरीन को दिया जाता है।

1985 में फुलरीन की खोज के तुरंत बाद, प्रकृति में उनकी सक्रिय खोज शुरू हुई। फुलरीन की खोज करेलियन शुंगाइट में हुई थी, जैसा कि विभिन्न वैज्ञानिक प्रकाशनों में बताया गया है। बदले में, हमने शुंगाइट्स से फुलरीन को अलग करने और उनकी उपस्थिति साबित करने के लिए वैकल्पिक पद्धतिगत दृष्टिकोण विकसित किए हैं। अध्ययनों में ज़ोनज़े के विभिन्न क्षेत्रों में लिए गए नमूनों का विश्लेषण किया गया, जहां शुंगाइट चट्टानें पाई जाती हैं। विश्लेषण से पहले, शुंगाइट के नमूनों को सूक्ष्म रूप से बिखरी हुई अवस्था में कुचल दिया गया था।

आइए याद रखें कि शुंगाइट एक ओपनवर्क सिलिकेट जाली है, जिसके रिक्त स्थान शुंगाइट कार्बन से भरे होते हैं, जो इसकी संरचना में अनाकार कार्बन और ग्रेफाइट के बीच एक मध्यवर्ती उत्पाद है। शुंगाइट कार्बन में अज्ञात रासायनिक संरचना के प्राकृतिक कार्बनिक कम और उच्च आणविक भार यौगिक (POHCS) भी होते हैं। शुंगाइट खनिज आधार (एलुमिनोसिलिकेट, सिलिसियस, कार्बोनेट) की संरचना और शुंगाइट कार्बन की संरचना में भिन्न होते हैं। शुंगाइट्स को निम्न-कार्बन (5% C तक), मध्यम-कार्बन (5 - 25% C) और उच्च-कार्बन (25 - 80% C) में विभाजित किया गया है। शुंगाइट के पूर्ण दहन के बाद राख में सिलिकॉन के अलावा Fe, Ni, Ca, Mg, Zn, Cd, V, Mo, Cu, Ce, As, W और अन्य तत्व पाए जाते हैं।

शुंगाइट कार्बन में फुलरीन PONVS के साथ विशेष, ध्रुवीय दाता-स्वीकर्ता परिसरों के रूप में है। इसलिए, कार्बनिक सॉल्वैंट्स के साथ इसमें से फुलरीन का प्रभावी निष्कर्षण, उदाहरण के लिए, टोल्यूनि, जिसमें फुलरीन अत्यधिक घुलनशील होता है, नहीं होता है, और इस तरह की निष्कर्षण विधि का चुनाव अक्सर शुंगाइट्स में फुलरीन की वास्तविक उपस्थिति के बारे में परस्पर विरोधी परिणाम देता है।

इस संबंध में, हमने शुंगाइट्स के जल-डिटर्जेंट फैलाव के अल्ट्रासोनिक निष्कर्षण के लिए एक विधि विकसित की है, जिसके बाद ध्रुवीय माध्यम से कार्बनिक विलायक चरण में फुलरीन का स्थानांतरण होता है। निष्कर्षण, एकाग्रता और शुद्धिकरण के कई चरणों के बाद, हेक्सेन में एक समाधान प्राप्त करना संभव है, जिसका यूवी-विज़ और आईआर स्पेक्ट्रा शुद्ध सी 60 फुलरीन के स्पेक्ट्रा की विशेषता है। इसके अलावा, m/z = 720 (नीचे चित्र) के साथ द्रव्यमान स्पेक्ट्रम में एक स्पष्ट संकेत शुंगाइट्स में केवल C60 फुलरीन की उपस्थिति की एक स्पष्ट पुष्टि है।

252 सीएफ-पीडी शुंगाइट अर्क का द्रव्यमान स्पेक्ट्रम। 720 एएमयू पर सिग्नल सी60 फुलरीन है, और 696, 672 पर सिग्नल प्लाज्मा डिसोर्प्शन आयनीकरण की स्थितियों के तहत गठित सी60 फुलरीन के विशिष्ट टुकड़े आयन हैं।

हालाँकि, हमने पाया कि प्रत्येक शुंगाइट नमूने में फुलरीन नहीं होता है। रूसी विज्ञान अकादमी (पेट्रोज़ावोडस्क, रूस) के करेलियन वैज्ञानिक केंद्र के भूविज्ञान संस्थान द्वारा हमें प्रदान किए गए सभी शुंगाइट नमूनों में से और शुंगाइट चट्टानों की घटना के विभिन्न क्षेत्रों से चुने गए, फुलरीन सी 60 केवल एक नमूने में पाया गया था। उच्च कार्बन शुंगाइट में 80% से अधिक कार्बन होता है। इसके अलावा, इसमें लगभग 0.04 wt फुलरीन था। % इससे हम यह निष्कर्ष निकाल सकते हैं कि शुंगाइट के प्रत्येक नमूने में फुलरीन नहीं होता है, कम से कम इतनी मात्रा में जिसे भौतिक रासायनिक विश्लेषण के आधुनिक अत्यधिक संवेदनशील तरीकों से पता लगाया जा सकता है।

इसके साथ ही, यह सर्वविदित है कि शुंगाइट्स में भारी पॉलीवलेंट धातुओं के आयनों सहित काफी बड़ी मात्रा में अशुद्धियाँ हो सकती हैं। और इसलिए, शुंगाइट से युक्त पानी में अवांछित, जहरीली अशुद्धियाँ हो सकती हैं।

लेकिन फिर मार्शल वॉटर (शुंगाइट युक्त चट्टानों से गुजरने वाला करेलियन प्राकृतिक पानी) में ऐसे अद्वितीय जैविक गुण क्यों हैं? आइए याद करें कि पीटर I के समय में, और उनकी व्यक्तिगत पहल पर, करेलिया में हीलिंग स्प्रिंग "मार्शल वाटर्स" की खोज की गई थी (अधिक जानकारी के लिए, देखें)। लंबे समय तक, कोई भी इस स्रोत के विशेष उपचार गुणों का कारण नहीं बता सका। यह माना गया कि इन जलों में बढ़ी हुई लौह सामग्री स्वास्थ्य-वर्धक प्रभावों का कारण है। हालाँकि, पृथ्वी पर लोहे के कई स्रोत हैं, लेकिन, एक नियम के रूप में, उन्हें लेने के चिकित्सीय प्रभाव बहुत सीमित हैं। शुंगाइट चट्टानों में फुलरीन की खोज के बाद ही, जिसके माध्यम से स्रोत बहता है, यह धारणा उत्पन्न हुई कि फुलरीन मुख्य कारण है, मार्शल जल के चिकित्सीय प्रभाव की सर्वोत्कृष्टता।

दरअसल, लंबे समय तक "धोई गई" शुंगाइट चट्टान की परतों से गुजरने वाले पानी में अब ध्यान देने योग्य मात्रा में हानिकारक अशुद्धियाँ नहीं होती हैं। पानी उस संरचना से "संतृप्त" है जो चट्टान उसे देती है। शुंगाइट में मौजूद फुलरीन जल संरचनाओं को व्यवस्थित करने और उसमें फुलरीन जैसे हाइड्रेट समूहों के निर्माण और मार्शल जल के अद्वितीय जैविक गुणों के अधिग्रहण में योगदान देता है। फुलरीन के साथ मिलाया गया शुंगाइट इसके माध्यम से गुजरने वाले पानी के लिए एक प्रकार का प्राकृतिक संरचना है। साथ ही, कोई भी अभी तक मार्शियल जल में या शुंगाइट के जलीय जलसेक में फुलरीन का पता लगाने में सक्षम नहीं हुआ है: या तो वे शुंगाइट से धोए नहीं जाते हैं, या यदि वे धोए जाते हैं, तो इतनी कम मात्रा में कि उन्हें हटाया नहीं जा सकता किसी भी ज्ञात तरीके से पता लगाया गया। इसके अलावा, यह सर्वविदित है कि फुलरीन अनायास पानी में नहीं घुलता है। और यदि फुलरीन के अणु मार्शल जल में समाहित होते, तो इसके लाभकारी गुण बहुत लंबे समय तक संरक्षित रहते। हालाँकि, यह केवल थोड़े समय के लिए ही सक्रिय होता है। "पिघले पानी" की तरह, क्लस्टर, बर्फ जैसी संरचनाओं से संतृप्त, मार्शियल पानी, जिसमें जीवन देने वाली फुलरीन जैसी संरचनाएं होती हैं, केवल कुछ घंटों के लिए अपने गुणों को बरकरार रखता है। मार्शल पानी, साथ ही "पिघला हुआ पानी" का भंडारण करते समय, पानी के समूह स्वयं नष्ट हो जाते हैं और पानी सामान्य पानी की तरह संरचनात्मक गुण प्राप्त कर लेता है। इसलिए, ऐसे पानी को कंटेनरों में डालने और इसे लंबे समय तक संग्रहीत करने का कोई मतलब नहीं है। इसमें हाइड्रेटेड अवस्था में संरचना-निर्माण और संरचना-सहायक तत्व - फुलरीन सी 60 का अभाव है, जो अनिश्चित काल तक व्यवस्थित जल समूहों को बनाए रखने में सक्षम है। दूसरे शब्दों में, पानी को अपनी प्राकृतिक क्लस्टर संरचनाओं को लंबे समय तक बनाए रखने के लिए, इसमें संरचना-निर्माण कारक की निरंतर उपस्थिति आवश्यक है। इसके लिए, फुलरीन अणु इष्टतम है, जैसा कि हम कई वर्षों तक हाइड्रेटेड फुलरीन सी 60 के अद्वितीय गुणों का अध्ययन करके आश्वस्त थे।

यह सब 1995 में शुरू हुआ, जब हमने पानी में हाइड्रेटेड फुलरीन के आणविक कोलाइडल समाधान बनाने की एक विधि विकसित की। फिर हम मार्शल जल के असामान्य गुणों के बारे में बताने वाली एक किताब से परिचित हुए। हमने प्रयोगशाला स्थितियों में मार्शियल जल के प्राकृतिक सार को पुन: पेश करने का प्रयास किया। इस उद्देश्य के लिए, अत्यधिक शुद्ध पानी का उपयोग किया गया था, जिसमें एक विशेष तकनीक का उपयोग करके हाइड्रेटेड फुलरीन सी 60 को बहुत छोटी खुराक में जोड़ा गया था। इसके बाद, व्यक्तिगत जैव अणुओं, जीवित कोशिकाओं और पूरे जीव के स्तर पर विभिन्न जैविक परीक्षण किए जाने लगे। परिणाम आश्चर्यजनक थे. लगभग किसी भी रोगविज्ञान में, हमने हाइड्रेटेड फुलरीन सी 60 के साथ पानी के केवल सकारात्मक जैविक प्रभाव पाए, और इसके उपयोग के प्रभाव न केवल पूरी तरह से मेल खाते थे, बल्कि कई मामलों में पीटर के समय में मार्शल जल के लिए वर्णित प्रभावों से भी अधिक थे। एक जीवित जीव में कई रोग संबंधी परिवर्तन दूर हो जाते हैं, और वह अपनी सामान्य, स्वस्थ अवस्था में लौट आता है। लेकिन यह कोई लक्षित दवा या विदेशी रासायनिक यौगिक नहीं है, बल्कि पानी में घुली कार्बन की एक गेंद मात्र है। इसके अलावा, ऐसा लगता है कि हाइड्रेटेड फुलरीन सी 60 जीवन की उत्पत्ति की प्रक्रिया में, मैट्रिक्स की तरह, उन संरचनाओं को बहाल और बनाए रखकर शरीर में किसी भी नकारात्मक परिवर्तन को "सामान्य स्थिति" में वापस लाने में मदद करता है।

इसलिए, जाहिरा तौर पर, यह कोई संयोग नहीं है कि ओर्लोव ए.डी. अपनी पुस्तक "शुंगाइट शुद्ध पानी का एक पत्थर है" में, शुंगाइट और फुलरीन के गुणों की तुलना करते हुए, उन्होंने फुलरीन को स्वास्थ्य की सर्वोत्कृष्टता के रूप में बताया है।

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फुलरीन - कार्बन का एक नया अपररूप

1. सैद्धांतिक अनुभाग

1.1. कार्बन के ज्ञात अपररूप

हाल तक, यह ज्ञात था कि कार्बन तीन एलोट्रोपिक रूप बनाता है: हीरा, ग्रेफाइट और कार्बाइन। एलोट्रॉपी, ग्रीक से। एलोस - भिन्न, ट्रोपोस - घूर्णन, गुण, गुणों और संरचना में भिन्न संरचनाओं के रूप में एक ही तत्व का अस्तित्व वर्तमान में, कार्बन का चौथा एलोट्रोपिक रूप ज्ञात है, तथाकथित फुलरीन (पॉलीएटोमिक कार्बन अणु सी एन)।

"फुलरीन" शब्द की उत्पत्ति अमेरिकी वास्तुकार रिचर्ड बकमिन्स्टर फुलर के नाम से जुड़ी हुई है, जिन्होंने हेक्सागोन और पेंटागन से युक्त गोलार्ध वास्तुशिल्प संरचनाओं को डिजाइन किया था।

60 के दशक के मध्य में, डेविड जोन्स ने विशेष रूप से मुड़ी हुई ग्रेफाइट परतों से बंद गोलाकार कोशिकाओं का निर्माण किया। यह दिखाया गया है कि पेंटागन साधारण ग्रेफाइट के हेक्सागोनल जाली में पेश किया गया एक दोष हो सकता है, जिससे एक जटिल घुमावदार सतह का निर्माण होता है।

70 के दशक की शुरुआत में, कार्बनिक भौतिक रसायनज्ञ ई. ओसावा ने एक खोखले, अत्यधिक सममित सी 60 अणु के अस्तित्व का सुझाव दिया, जिसकी संरचना एक सॉकर बॉल के समान, एक कटे हुए इकोसाहेड्रोन के रूप में थी। थोड़ी देर बाद (1973) रूसी वैज्ञानिक डी.ए. बोचवार और ई.जी. हेल्परिन ने ऐसे अणु की पहली सैद्धांतिक क्वांटम रासायनिक गणना की और इसकी स्थिरता साबित की।

1985 में, वैज्ञानिकों की एक टीम: जी. क्रोटो (इंग्लैंड, ससेक्स विश्वविद्यालय), हीथ, 0"ब्रायन, आर.एफ. कर्ल और आर. स्माली (यूएसए, राइस विश्वविद्यालय) ग्रेफाइट के द्रव्यमान स्पेक्ट्रा का अध्ययन करते हुए एक फुलरीन अणु की खोज करने में कामयाब रहे। एक ठोस नमूने के लेजर विकिरण के बाद वाष्प।

ठोस क्रिस्टलीय फुलरीन को प्राप्त करने और अलग करने की पहली विधि 1990 में हीडलबर्ग (जर्मनी) में परमाणु भौतिकी संस्थान के डब्ल्यू. क्रेश्चमर और डी. हफ़मैन और उनके सहयोगियों द्वारा प्रस्तावित की गई थी।

1991 में, जापानी वैज्ञानिक इजिमा ने ध्रुवीय आयन माइक्रोस्कोप का उपयोग करते हुए पहली बार छह-सदस्यीय कार्बन रिंगों से बनी विभिन्न संरचनाओं का अवलोकन किया, जैसे कि ग्रेफाइट के मामले में: नैनोट्यूब, शंकु, नैनोकण।

1992 में, प्राकृतिक कार्बन खनिज शुंगाइट में प्राकृतिक फुलरीन की खोज की गई थी (इस खनिज को इसका नाम करेलिया के शुंगा गांव के नाम पर मिला है)।

1997 में, आर.ई. स्माले, आर.एफ. कर्ल और जी. क्रोटो को C60 अणुओं के अध्ययन के लिए रसायन विज्ञान में नोबेल पुरस्कार मिला, जिनका आकार एक कटे हुए आइकोसाहेड्रोन जैसा है।

आइए कार्बन के एलोट्रोपिक रूपों की संरचना पर विचार करें: हीरा, ग्रेफाइट और कार्बाइन।

हीरा -हीरे की संरचना में प्रत्येक कार्बन परमाणु एक टेट्राहेड्रोन के केंद्र में स्थित होता है, जिसके शीर्ष चार निकटतम परमाणु होते हैं। आसन्न परमाणु सहसंयोजक बंधों (एसपी 3 संकरण) द्वारा एक दूसरे से जुड़े होते हैं। यह संरचना पृथ्वी पर ज्ञात सबसे कठोर पदार्थ के रूप में हीरे के गुणों को निर्धारित करती है।

सीसाइसका व्यापक रूप से मानव गतिविधि के विभिन्न क्षेत्रों में उपयोग किया जाता है, पेंसिल के निर्माण से लेकर परमाणु रिएक्टरों में न्यूट्रॉन मॉडरेशन इकाइयों तक। ग्रेफाइट की क्रिस्टलीय संरचना में कार्बन परमाणु मजबूत सहसंयोजक बंधन (एसपी 2 - संकरण) द्वारा परस्पर जुड़े होते हैं और हेक्सागोनल रिंग बनाते हैं, जो बदले में एक छत्ते के समान एक मजबूत और स्थिर नेटवर्क बनाते हैं। ग्रिड परतों में एक के ऊपर एक व्यवस्थित होते हैं। नियमित षट्भुज के शीर्षों पर स्थित परमाणुओं के बीच की दूरी, परतों के बीच 0.142 एनएम है – 0.335 एनएम. परतें एक दूसरे से कमजोर रूप से जुड़ी हुई हैं। यह संरचना - कार्बन की मजबूत परतें, एक दूसरे से कमजोर रूप से जुड़ी हुई, ग्रेफाइट के विशिष्ट गुणों को निर्धारित करती हैं: कम कठोरता और आसानी से छोटे टुकड़ों में विभाजित होने की क्षमता।

कार्बिनजब पाइरोग्राफाइट को प्रकाश की लेजर किरण से विकिरणित किया जाता है तो यह सतह पर सफेद कार्बन जमा के रूप में संघनित हो जाता है। कार्बाइन के क्रिस्टलीय रूप में पॉलीइन (-सी= सी-सी= सी-...) या क्यूम्यलीन (=सी=सी=सी=) के सीधे मैक्रोमोलेक्यूल्स के रूप में वैलेंस इलेक्ट्रॉनों के एसपी-संकरण के साथ कार्बन परमाणुओं की समानांतर उन्मुख श्रृंखलाएं होती हैं। ...) प्रकार .

कार्बन के अन्य रूप भी ज्ञात हैं, जैसे अनाकार कार्बन, सफेद कार्बन (चाओइट), आदि। लेकिन ये सभी रूप मिश्रित हैं, यानी ग्रेफाइट और हीरे के छोटे-छोटे टुकड़ों का मिश्रण।

1.2.फुलरीन अणु की ज्यामिति और फुलराइट की क्रिस्टल जाली

चित्र 3 फुलरीन अणु सी 6 0

हीरे, ग्रेफाइट और कार्बाइन के विपरीत, फुलरीन मूलतः कार्बन का एक नया रूप है। सी 60 अणु में पांच गुना समरूपता (पेंटागोन) वाले टुकड़े होते हैं, जो अकार्बनिक यौगिकों के लिए प्रकृति द्वारा निषिद्ध हैं। इसलिए, यह माना जाना चाहिए कि फुलरीन अणु एक कार्बनिक अणु है, और ऐसे अणुओं द्वारा निर्मित एक क्रिस्टल है ( फुलेराइट) – यह एक आणविक क्रिस्टल है जो कार्बनिक और अकार्बनिक पदार्थ के बीच एक संयोजक कड़ी है।

नियमित षट्भुज का उपयोग आसानी से एक सपाट सतह बनाने के लिए किया जा सकता है, लेकिन वे एक बंद सतह नहीं बना सकते। ऐसा करने के लिए, आपको हेक्सागोनल रिंगों के हिस्से को काटने और कटे हुए हिस्सों से पेंटागन बनाने की जरूरत है। फुलरीन में, हेक्सागोन्स (ग्रेफाइट जाल) का एक सपाट जाल मोड़कर एक बंद गोले में सिल दिया जाता है। इस स्थिति में, कुछ षट्कोणों को पंचकोणों में बदल दिया जाता है। एक संरचना बनती है - एक कटा हुआ इकोसाहेड्रोन, जिसमें 10 तीसरे क्रम की समरूपता अक्ष और छह पांचवें क्रम के समरूपता अक्ष होते हैं। इस आकृति के प्रत्येक शीर्ष पर तीन निकटतम पड़ोसी हैं।प्रत्येक षट्भुज तीन षट्भुजों और तीन पंचकोणों से घिरा होता है, और प्रत्येक पंचकोण केवल षट्भुजों से घिरा होता है। C 60 अणु में प्रत्येक कार्बन परमाणु दो षट्भुजों और एक पंचकोणों के शीर्ष पर स्थित होता है और मूल रूप से अन्य कार्बन परमाणुओं से अप्रभेद्य होता है। गोले को बनाने वाले कार्बन परमाणु एक मजबूत सहसंयोजक बंधन द्वारा एक दूसरे से जुड़े हुए हैं। गोलाकार खोल की मोटाई 0.1 एनएम है,सी 60 अणु की त्रिज्या 0.357 एनएम है। एक पंचकोण में सी-सी बंधन की लंबाई 0.143 एनएम है, एक षट्भुज में - 0.139 एनएम।

उच्च फुलरीन सी 70 सी 74, सी 76, सी 84, सी 164, सी 192, सी 216 के अणुओं में भी एक बंद सतह का आकार होता है।

एन के साथ फुलरीन< 60 оказались неустойчивыми, оказались неустойчивыми, хотя из чисто топологических соображений наименьшим возможным фуллереном является правильный додекаэдр С 20 .

क्रिस्टलीय फुलरीन, जिसे फुलेराइट कहा जाता था, में एक फलक-केंद्रित घन जाली (एफसीसी), अंतरिक्ष समूह (एफएम3एम) होता है। घन जाली पैरामीटर ए 0 = 1.42 एनएम, निकटतम पड़ोसियों के बीच की दूरी 1 एनएम है। फुलेराइट की एफसीसी जाली में निकटतम पड़ोसियों की संख्या 12 है।

फुलेराइट क्रिस्टल में C60 अणुओं के बीच एक कमजोर वैन डेर वाल्स बंधन होता है। परमाणु चुंबकीय अनुनाद विधि का उपयोग करके, यह साबित हुआ कि कमरे के तापमान C पर 60 अणु 10 12 1/s की आवृत्ति के साथ संतुलन स्थिति के चारों ओर घूमते हैं। जैसे-जैसे तापमान गिरता है, घूर्णन धीमा हो जाता है। 249 K पर, फुलेराइट में प्रथम-क्रम चरण संक्रमण देखा जाता है, जिसमें fcc जाली (अंतरिक्ष समूह Fm3m) एक साधारण घन जाली (अंतरिक्ष समूह Ra3) में बदल जाता है। इस मामले में, फुलडेराइट की मात्रा 1% बढ़ जाती है। फुलेराइट क्रिस्टल का घनत्व 1.7 ग्राम/सेमी 3 है, जो ग्रेफाइट (2.3 ग्राम/सेमी 3) और हीरे (3.5 ग्राम/सेमी 3) के घनत्व से काफी कम है।

C 60 अणु आर्गन के निष्क्रिय वातावरण में 1700 K के तापमान तक स्थिर रहता है। 500 K पर ऑक्सीजन की उपस्थिति में, CO और CO 2 के निर्माण के साथ महत्वपूर्ण ऑक्सीकरण देखा जाता है। कमरे के तापमान पर, 0.55 eV की ऊर्जा वाले फोटॉन के विकिरण से ऑक्सीकरण होता है। जो दृश्य प्रकाश फोटॉन (1.54 eV) की ऊर्जा से काफी कम है। इसलिए, शुद्ध फुलेराइट को अंधेरे में संग्रहित किया जाना चाहिए। यह प्रक्रिया, जो कई घंटों तक चलती है, फुलेराइट की एफसीसी जाली के विनाश की ओर ले जाती है और एक अव्यवस्थित संरचना का निर्माण करती है जिसमें प्रति प्रारंभिक सीबीओ अणु में 12 ऑक्सीजन परमाणु होते हैं। इस मामले में, फुलरीन पूरी तरह से अपना आकार खो देता है।

1.3. फुलरीन की तैयारी

फुलरीन के उत्पादन की सबसे प्रभावी विधि ग्रेफाइट के थर्मल अपघटन पर आधारित है। चित्र में ग्रेफाइट इलेक्ट्रोड के इलेक्ट्रोलाइटिक हीटिंग और ग्रेफाइट सतह के लेजर विकिरण दोनों का उपयोग किया जाता है। चित्र 4 फुलरीन के उत्पादन के लिए स्थापना का एक आरेख दिखाता है, जिसका उपयोग वी. क्रेचमर द्वारा किया गया था। ग्रेफाइट का छिड़काव इलेक्ट्रोड के माध्यम से 60 हर्ट्ज की आवृत्ति के साथ करंट प्रवाहित करके किया जाता है, करंट मान 100 से 200 ए तक होता है, वोल्टेज 10-20 वी होता है। स्प्रिंग तनाव को समायोजित करके, यह सुनिश्चित करना संभव है कि आपूर्ति की गई बिजली का बड़ा हिस्सा आर्क में जारी होता है, न कि ग्रेफाइट रॉड में। कक्ष हीलियम से भरा है, दबाव 100 Torr है। इस स्थापना में ग्रेफाइट की वाष्पीकरण दर 10 ग्राम/वी तक पहुंच सकती है। इस मामले में, पानी से ठंडा तांबे के आवरण की सतह, ग्रेफाइट वाष्पीकरण उत्पाद से ढकी होती है, अर्थात। ग्रेफाइट कालिख. यदि परिणामी पाउडर को खुरच कर निकाल दिया जाए और कई घंटों तक उबलते टोल्यूनि में रखा जाए, तो एक गहरे भूरे रंग का तरल प्राप्त होता है। जब इसे घूमने वाले बाष्पीकरणकर्ता में वाष्पित किया जाता है, तो एक महीन पाउडर प्राप्त होता है, इसका वजन मूल ग्रेफाइट कालिख के वजन का 10% से अधिक नहीं होता है, इसमें 10% तक फुलरीन सी 60 (90%) और सी 70 ( 10%)। फुलरीन के उत्पादन के लिए वर्णित आर्क विधि को नाम मिला "फुलरीन आर्क"।

फुलरीन के उत्पादन के लिए वर्णित विधि में, हीलियम एक बफर गैस की भूमिका निभाता है। हीलियम परमाणु, अन्य परमाणुओं की तुलना में, सबसे प्रभावी ढंग से, उत्तेजित कार्बन टुकड़ों के कंपन आंदोलनों को "बुझा" देते हैं, उन्हें स्थिर संरचनाओं में संयोजित होने से रोकते हैं। इसके अलावा, हीलियम परमाणु कार्बन के टुकड़ों के संयोजन से निकलने वाली ऊर्जा को अपने साथ ले जाते हैं। अनुभव से पता चलता है कि इष्टतम हीलियम दबाव 100 Torr की सीमा में है। उच्च दबाव पर, कार्बन अंशों का एकत्रीकरण कठिन होता है।

चित्र.4. फुलरीन के उत्पादन के लिए स्थापना की योजना।

1 - ग्रेफाइट इलेक्ट्रोड;

2 - ठंडी तांबे की बस; 3- तांबे का आवरण,

4 - स्प्रिंग्स.

प्रक्रिया मापदंडों और संयंत्र डिजाइन में परिवर्तन से प्रक्रिया दक्षता और उत्पाद संरचना में परिवर्तन होता है। उत्पाद की गुणवत्ता की पुष्टि मास स्पेक्ट्रोमेट्रिक माप और अन्य तरीकों (परमाणु चुंबकीय अनुनाद, इलेक्ट्रॉन पैरामैग्नेटिक अनुनाद, आईआर स्पेक्ट्रोस्कोपी, आदि) दोनों द्वारा की जाती है।

फुलरीन के उत्पादन के लिए वर्तमान में मौजूद तरीकों और प्रतिष्ठानों की समीक्षा जिसमें विभिन्न फुलरीन प्राप्त किए जाते हैं, जी.एन. चुरिलोव के काम में दिया गया है।

शुद्धिकरण और पता लगाने के तरीके

ग्रेफाइट के थर्मल अपघटन (शर्तें: फुलरीन युक्त कंडेनसेट, फुलरीन युक्त कालिख) के उत्पादों से फुलरीन के निष्कर्षण के लिए सबसे सुविधाजनक और व्यापक विधि, साथ ही फुलरीन के बाद के पृथक्करण और शुद्धिकरण के उपयोग पर आधारित है। विलायक और शर्बत।

इस विधि में कई चरण शामिल हैं। पहले चरण में, फुलरीन युक्त कालिख को एक गैर-ध्रुवीय विलायक का उपयोग करके संसाधित किया जाता है, जिसमें बेंजीन, टोल्यूनि और अन्य पदार्थों का उपयोग किया जाता है। इस मामले में, इन सॉल्वैंट्स में महत्वपूर्ण घुलनशीलता वाले फुलरीन को अघुलनशील अंश से अलग किया जाता है, जिसकी फुलरीन युक्त चरण में सामग्री आमतौर पर 70-80% होती है। उनके संश्लेषण के लिए उपयोग किए जाने वाले समाधानों में फुलरीन की विशिष्ट घुलनशीलता एक मोल प्रतिशत का कई दसवां हिस्सा है। इस प्रकार प्राप्त फुलरीन के घोल के वाष्पीकरण से एक काले पॉलीक्रिस्टलाइन पाउडर का निर्माण होता है, जो विभिन्न प्रकार के फुलरीन का मिश्रण होता है। ऐसे उत्पाद के एक विशिष्ट द्रव्यमान स्पेक्ट्रम से पता चलता है कि फुलरीन अर्क में 80-90% C60 और 10-15% C70 होते हैं। इसके अलावा, उच्च फुलरीन की एक छोटी मात्रा (प्रतिशत के अंश के स्तर पर) होती है, जिसे अर्क से अलग करना एक जटिल तकनीकी समस्या है। सॉल्वैंट्स में से एक में घुले फुलरीन अर्क को एक सॉर्बेंट के माध्यम से पारित किया जाता है, जो एल्यूमीनियम, सक्रिय कार्बन या ऑक्साइड (अल 2 ओ 3, सीओ 2) हो सकता है जिसमें उच्च सोखना विशेषताएं होती हैं। फुलरीन को इस धातु द्वारा एकत्र किया जाता है और फिर शुद्ध विलायक का उपयोग करके इससे निकाला जाता है। निष्कर्षण दक्षता सॉर्बेंट-फुलरीन-विलायक संयोजन द्वारा निर्धारित की जाती है और आमतौर पर, एक निश्चित सॉर्बेंट और विलायक का उपयोग करते समय, फुलरीन के प्रकार पर निर्भर करती है। इसलिए, सॉर्बेंट में घुले फुलरीन के साथ एक विलायक को बारी-बारी से सोर्बेंट से विभिन्न प्रकार के फुलरीन को निकाला जाता है, जिसे आसानी से एक दूसरे से अलग किया जा सकता है। फुलरीन युक्त कालिख के इलेक्ट्रिक आर्क संश्लेषण और इसके बाद सॉर्बेंट्स और सॉल्वैंट्स का उपयोग करके पृथक्करण के आधार पर फुलरीन के पृथक्करण और शुद्धिकरण को प्राप्त करने के लिए वर्णित तकनीक के आगे विकास से ऐसे प्रतिष्ठानों का निर्माण हुआ जो सी 60 की मात्रा में संश्लेषण की अनुमति देते हैं। प्रति घंटा एक ग्राम.

1.4.फुलरीन के गुण

क्रिस्टलीय फुलरीन और फिल्में 1.2-1.9 ईवी के बैंड गैप के साथ अर्धचालक हैं और फोटोकंडक्टिविटी प्रदर्शित करती हैं। दृश्य प्रकाश से विकिरणित होने पर फुलेराइट क्रिस्टल का विद्युत प्रतिरोध कम हो जाता है। न केवल शुद्ध फुलेराइट, बल्कि अन्य पदार्थों के साथ इसके विभिन्न मिश्रणों में भी फोटोकंडक्टिविटी होती है। यह पाया गया कि C60 फिल्मों में पोटेशियम परमाणुओं को जोड़ने से 19 K पर अतिचालकता की उपस्थिति होती है।

फुलरीन अणु, जिसमें कार्बन परमाणु एकल और दोहरे दोनों बंधनों द्वारा एक दूसरे से जुड़े होते हैं, सुगंधित संरचनाओं के त्रि-आयामी एनालॉग हैं। उच्च इलेक्ट्रोनगेटिविटी रखने के कारण, वे रासायनिक प्रतिक्रियाओं में मजबूत ऑक्सीकरण एजेंट के रूप में कार्य करते हैं। विभिन्न रासायनिक प्रकृति के रेडिकल्स को अपने साथ जोड़कर, फुलरीन विभिन्न भौतिक-रासायनिक गुणों वाले रासायनिक यौगिकों की एक विस्तृत श्रेणी बनाने में सक्षम हैं। इस प्रकार, हाल ही में पॉलीफुलरीन फिल्में प्राप्त की गई हैं जिनमें सी 60 अणु एक दूसरे से वैन डेर वाल्स द्वारा नहीं, बल्कि फुलराइट क्रिस्टल की तरह, बल्कि रासायनिक संपर्क द्वारा जुड़े हुए हैं। प्लास्टिक गुणों वाली ये फिल्में एक नए प्रकार की पॉलिमर सामग्री हैं। फुलरीन पर आधारित पॉलिमर के संश्लेषण में दिलचस्प परिणाम प्राप्त हुए हैं। इस मामले में, फुलरीन सी 60 बहुलक श्रृंखला के आधार के रूप में कार्य करता है, और अणुओं के बीच संबंध बेंजीन रिंगों का उपयोग करके किया जाता है। इस संरचना को आलंकारिक नाम "मोतियों की माला" प्राप्त हुआ।

सी 60 में प्लैटिनम समूह धातुओं वाले रेडिकल्स को जोड़ने से फुलरीन पर आधारित लौहचुंबकीय सामग्री प्राप्त करना संभव हो जाता है। अब यह ज्ञात है कि आवर्त सारणी के एक तिहाई से अधिक तत्वों को एक अणु के अंदर रखा जा सकता है। 60 से. लैंथेनम, निकेल, सोडियम, पोटेशियम, रूबिडियम, सीज़ियम के परमाणुओं और टर्बियम, गैडोलीनियम और डिस्प्रोसियम जैसे दुर्लभ पृथ्वी तत्वों के परमाणुओं की शुरूआत की खबरें हैं।

फुलरीन पर आधारित यौगिकों के भौतिक-रासायनिक और संरचनात्मक गुणों की विविधता हमें कार्बनिक रसायन विज्ञान में एक नई आशाजनक दिशा के रूप में फुलरीन के रसायन विज्ञान के बारे में बात करने की अनुमति देती है।

1.5. फुलरीन का अनुप्रयोग

वर्तमान में, वैज्ञानिक साहित्य फोटोडिटेक्टर और ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक उपकरण, विकास उत्प्रेरक, हीरे और हीरे जैसी फिल्में, सुपरकंडक्टिंग सामग्री, और प्रतिलिपि मशीनों के लिए रंगों के रूप में फुलरीन के उपयोग पर चर्चा करता है। फुलरीन का उपयोग नए गुणों वाली धातुओं और मिश्र धातुओं के संश्लेषण के लिए किया जाता है।

फुलरीन को रिचार्जेबल बैटरियों के उत्पादन के आधार के रूप में उपयोग करने की योजना है। ये बैटरियां, जिनका संचालन सिद्धांत हाइड्रोजन जोड़ की प्रतिक्रिया पर आधारित है, कई मायनों में व्यापक रूप से उपयोग की जाने वाली निकल बैटरियों के समान हैं, हालांकि, बाद के विपरीत, उनमें हाइड्रोजन की विशिष्ट मात्रा का लगभग पांच गुना भंडारण करने की क्षमता होती है। इसके अलावा, ऐसी बैटरियों को इन गुणों के संदर्भ में सबसे उन्नत लिथियम-आधारित बैटरियों की तुलना में उच्च दक्षता, हल्के वजन, साथ ही पर्यावरण और स्वच्छता सुरक्षा की विशेषता है। ऐसी बैटरियों का उपयोग व्यक्तिगत कंप्यूटर और श्रवण यंत्रों को बिजली देने के लिए व्यापक रूप से किया जा सकता है।

गैर-ध्रुवीय सॉल्वैंट्स (कार्बन डाइसल्फ़ाइड, टोल्यूनि, बेंजीन, कार्बन टेट्राक्लोराइड, डेकेन, हेक्सेन, पेंटेन) में फुलरीन के समाधान को गैर-रेखीय ऑप्टिकल गुणों की विशेषता होती है, जो विशेष रूप से, समाधान की पारदर्शिता में तेज कमी के रूप में प्रकट होती है। कुछ शर्तें। इससे लेजर विकिरण की तीव्रता को सीमित करने वाले ऑप्टिकल शटर के आधार के रूप में फुलरीन का उपयोग करने की संभावना खुल जाती है।

अति-उच्च सूचना घनत्व के साथ भंडारण माध्यम बनाने के लिए आधार के रूप में फुलरीन का उपयोग करने की संभावना पैदा होती है। फुलरीन का उपयोग रॉकेट ईंधन और स्नेहक के लिए योजक के रूप में किया जा सकता है।

दवा और औषध विज्ञान में फुलरीन के उपयोग की समस्या पर बहुत ध्यान दिया जाता है। रेडियोधर्मी आइसोटोप के साथ फुलरीन के पानी में घुलनशील एंडोहेड्रल यौगिकों के आधार पर कैंसर रोधी दवाएं बनाने के विचार पर चर्चा की गई है। ( एंडोहेड्रल यौगिक फुलरीन अणु होते हैं जिनमें किसी भी तत्व के एक या अधिक परमाणु होते हैं। फुलरीन पर आधारित एंटीवायरल और कैंसर रोधी दवाओं के संश्लेषण की स्थितियाँ पाई गई हैं।इन समस्याओं को हल करने में कठिनाइयों में से एक पानी में घुलनशील गैर विषैले फुलरीन यौगिकों का निर्माण है जिन्हें मानव शरीर में पेश किया जा सकता है और चिकित्सीय कार्रवाई के अधीन रक्त द्वारा अंग तक पहुंचाया जा सकता है।

फुलरीन का उपयोग उनकी उच्च लागत से बाधित होता है, जिसमें फुलरीन मिश्रण प्राप्त करने की श्रमसाध्यता और इसमें से व्यक्तिगत घटकों को अलग करना शामिल है।

1.6.कार्बन नैनोट्यूब

नैनोट्यूब की संरचना

गोलाकार कार्बन संरचनाओं के साथ-साथ, विस्तारित बेलनाकार संरचनाएं, तथाकथित नैनोट्यूब भी बन सकते हैं, जो विभिन्न प्रकार के भौतिक रासायनिक गुणों द्वारा प्रतिष्ठित हैं।

एक आदर्श नैनोट्यूब एक सिलेंडर में लुढ़का हुआ ग्रेफाइट विमान है, अर्थात। नियमित षट्कोणों से पंक्तिबद्ध सतह, जिसके शीर्षों पर कार्बन परमाणु स्थित हैं..)।

षट्भुज के निर्देशांक को इंगित करने वाला पैरामीटर, जो विमान को मोड़ने के परिणामस्वरूप, निर्देशांक के मूल में स्थित षट्भुज के साथ मेल खाना चाहिए, नैनोट्यूब की चिरलिटी कहलाती है और इसे प्रतीकों के एक सेट (एम, एन) द्वारा दर्शाया जाता है ). नैनोट्यूब की चिरैलिटी इसकी विद्युत विशेषताओं को निर्धारित करती है।

जैसा कि इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शी का उपयोग करके किए गए अवलोकनों से पता चला है, अधिकांश नैनोट्यूब में कई ग्रेफाइट परतें होती हैं, जो या तो एक दूसरे के अंदर स्थित होती हैं या एक सामान्य अक्ष पर घाव होती हैं।

एकल-दीवार वाले नैनोट्यूब

पर चावल। 4एकल-दीवार वाले नैनोट्यूब का एक आदर्श मॉडल प्रस्तुत किया गया है। ऐसी ट्यूब अर्धगोलाकार शीर्षों से युक्त होती है

नियमित षट्कोण के साथ, छह नियमित पंचकोण भी। ट्यूबों के सिरों पर पेंटागन की उपस्थिति हमें फुलरीन अणुओं के सीमित मामले के रूप में विचार करने की अनुमति देती है, जिनकी अनुदैर्ध्य धुरी की लंबाई उनके व्यास से काफी अधिक है।

प्रयोगात्मक रूप से देखी गई एकल-दीवार वाले नैनोट्यूब की संरचना ऊपर प्रस्तुत आदर्श चित्र से कई मायनों में भिन्न है। सबसे पहले, यह नैनोट्यूब के शीर्षों की चिंता करता है, जिसका आकार, जैसा कि अवलोकनों से पता चलता है, एक आदर्श गोलार्ध से बहुत दूर है।

बहुदीवारीय नैनोट्यूब

बहुदीवार वाले नैनोट्यूब अनुदैर्ध्य और अनुप्रस्थ दोनों दिशाओं में आकार और विन्यास की व्यापक विविधता में एकल-दीवार वाले नैनोट्यूब से भिन्न होते हैं। बहुदीवार वाले नैनोट्यूब की अनुप्रस्थ संरचना की संभावित किस्में प्रस्तुत की गई हैं चावल। 5. "रूसी गुड़िया" प्रकार की संरचना एकल-दीवार वाले नैनोट्यूब का एक संग्रह है जो एक-दूसरे के अंदर समाक्षीय रूप से स्थित हैं (चावल 5 ए). इस संरचना का एक और रूपांतर, इसमें दिखाया गया है चावल। 5 बी, एक दूसरे के भीतर निहित समाक्षीय प्रिज्मों का एक संग्रह है। अंत में, दी गई संरचनाओं में से अंतिम ( चावल। 5 सी),एक स्क्रॉल जैसा दिखता है. उपरोक्त सभी संरचनाओं के लिए, आसन्न ग्रेफाइट परतों के बीच की दूरी 0.34 एनएम के करीब है, यानी। क्रिस्टलीय ग्रेफाइट के आसन्न तलों के बीच की दूरी। किसी विशिष्ट प्रायोगिक स्थिति में किसी विशेष संरचना का कार्यान्वयन नैनोट्यूब के संश्लेषण की स्थितियों पर निर्भर करता है।

यह ध्यान में रखा जाना चाहिए कि नैनोट्यूब की आदर्श अनुप्रस्थ संरचना, जिसमें आसन्न परतों के बीच की दूरी 0.34 एनएम के करीब है और अक्षीय समन्वय पर निर्भर नहीं है, पड़ोसी नैनोट्यूब के परेशान प्रभाव के कारण व्यवहार में विकृत है।

दोषों की उपस्थिति से नैनोट्यूब का सीधा आकार भी विकृत हो जाता है और इसे एक अकॉर्डियन आकार मिल जाता है।

एक अन्य प्रकार का दोष, जो अक्सर बहुदीवार वाले नैनोट्यूब की ग्रेफाइट सतह पर देखा जाता है, सतह में एक निश्चित संख्या में पेंटागन या हेप्टागोन की शुरूआत से जुड़ा होता है, जिसमें मुख्य रूप से नियमित हेक्सागोन होते हैं। इससे बेलनाकार आकार का उल्लंघन होता है, एक पेंटागन की शुरूआत से उत्तल मोड़ होता है, जबकि एक हेप्टागन की शुरूआत अवतल मोड़ की उपस्थिति को बढ़ावा देती है। इस प्रकार, ऐसे दोष घुमावदार और पेचदार नैनोट्यूब को जन्म देते हैं।

नैनोकण संरचना

ग्रेफाइट से फुलरीन के निर्माण के दौरान नैनोकण भी बनते हैं। ये फुलरीन के समान बंद संरचनाएं हैं, लेकिन आकार में काफी बड़ी हैं। फुलरीन के विपरीत, उनमें, नैनोट्यूब की तरह, कई परतें हो सकती हैं, एक दूसरे के भीतर बंद ग्रेफाइट गोले की संरचना होती है।

ग्रेफाइट के समान नैनोकणों में, खोल के अंदर के परमाणु रासायनिक बंधनों से जुड़े होते हैं, और पड़ोसी गोले के परमाणुओं के बीच एक कमजोर वैन डेर वाल्स इंटरैक्शन संचालित होता है। आमतौर पर, नैनोकणों के गोले का आकार एक बहुफलक के समान होता है। ऐसे प्रत्येक खोल की संरचना में, हेक्सागोन्स के अलावा, जैसे कि ग्रेफाइट की संरचना में, पांच और हेप्टागोन्स के 12 अतिरिक्त जोड़े देखे जाते हैं; फुलरीन युक्त कंडेनसेट में कार्बन कणों के आकार और संरचना का एक इलेक्ट्रॉन सूक्ष्म अध्ययन हाल ही में जारकोव एस.एम., काश्किन वी.बी. के कार्यों में किया गया था।

कार्बन नैनोट्यूब की तैयारी

कार्बन नैनोट्यूब का निर्माण हीलियम वातावरण में जलने वाले आर्क डिस्चार्ज प्लाज्मा में ग्रेफाइट इलेक्ट्रोड के थर्मल स्पटरिंग से होता है। यह विधि, लेजर स्पटरिंग विधि की तरह, जो फुलरीन के उत्पादन के लिए प्रभावी तकनीक का आधार है, उनके भौतिक रासायनिक गुणों के विस्तृत अध्ययन के लिए पर्याप्त मात्रा में नैनोट्यूब प्राप्त करना संभव बनाती है।

ग्रेफाइट के विस्तारित टुकड़ों से एक नैनोट्यूब प्राप्त किया जा सकता है, जिसे बाद में एक ट्यूब में घुमा दिया जाता है। विस्तारित टुकड़े बनाने के लिए, ग्रेफाइट के लिए विशेष ताप स्थितियों की आवश्यकता होती है। इलेक्ट्रोड के रूप में इलेक्ट्रोलिसिस ग्रेफाइट का उपयोग करके आर्क डिस्चार्ज में नैनोट्यूब के उत्पादन के लिए इष्टतम स्थितियों का एहसास किया जाता है।

ग्रेफाइट (फुलरीन, नैनोकण, कालिख कण) के थर्मल स्पटरिंग के विभिन्न उत्पादों में से, एक छोटा सा हिस्सा (कई प्रतिशत) बहुदीवार नैनोट्यूब है, जो आंशिक रूप से स्थापना की ठंडी सतहों से जुड़ा होता है, और आंशिक रूप से सतह पर जमा होता है। कालिख।

एकल-दीवार वाले नैनोट्यूब एनोड में Fe, Co, Ni, Cd की एक छोटी अशुद्धता जोड़कर (यानी, उत्प्रेरक जोड़कर) बनाए जाते हैं। इसके अलावा, एकल-दीवार वाले नैनोट्यूब बहु-दीवार वाले नैनोट्यूब के ऑक्सीकरण द्वारा प्राप्त किए जाते हैं। ऑक्सीकरण के प्रयोजन के लिए, मल्टीवॉल्ड नैनोट्यूब को मध्यम ताप पर ऑक्सीजन के साथ या उबलते नाइट्रिक एसिड के साथ इलाज किया जाता है, और बाद के मामले में, पांच-सदस्यीय ग्रेफाइट के छल्ले हटा दिए जाते हैं, जिससे ट्यूब के सिरे खुल जाते हैं आपको मल्टीलेयर ट्यूब से ऊपरी परतों को हटाना होगा और उसके सिरों को खोलना होगा। चूँकि नैनोकणों की प्रतिक्रियाशीलता नैनोट्यूब की तुलना में अधिक होती है, ऑक्सीकरण के परिणामस्वरूप कार्बन उत्पाद के महत्वपूर्ण विनाश के साथ, शेष भाग में नैनोट्यूब का अनुपात बढ़ जाता है।

फुलरीन के उत्पादन के लिए इलेक्ट्रिक आर्क विधि के साथ, ग्रेफाइट एनोड आर्क की कार्रवाई के तहत नष्ट होने वाली सामग्री का हिस्सा कैथोड पर जमा हो जाता है। ग्रेफाइट छड़ के विनाश की प्रक्रिया के अंत तक यह गठन इतना बढ़ जाता है कि यह चाप के पूरे क्षेत्र को कवर कर लेता है। इस वृद्धि में एक कटोरे का आकार होता है, जिसके आयतन में एनोड डाला जाता है। कैथोड बिल्ड-अप की भौतिक विशेषताएं एनोड बनाने वाले ग्रेफाइट की विशेषताओं से बहुत अलग हैं। बिल्ड-अप की सूक्ष्म कठोरता 5.95 GPa (ग्रेफाइट -0.22 GPa) है, बिल्ड-अप का घनत्व 1.32 g/cm 3 (ग्रेफाइट -2.3 g/cm 3) है, बिल्ड-अप का विशिष्ट विद्युत प्रतिरोध 1.4 * 10 है -4 ओम मीटर, जो लगभग ग्रेफाइट (1.5*10 -5 ओम मीटर) से अधिक परिमाण का एक क्रम है। 35 K पर, कैथोड पर वृद्धि की एक असामान्य रूप से उच्च चुंबकीय संवेदनशीलता की खोज की गई, जिससे पता चला कि वृद्धि में मुख्य रूप से नैनोट्यूब (बेलोव एन.एन.) शामिल हैं।

नैनोट्यूब के गुण

सामग्री विज्ञान में नैनोट्यूब के उपयोग की व्यापक संभावनाएं तब खुलती हैं जब सुपरकंडक्टिंग क्रिस्टल (उदाहरण के लिए, टीएसी) को कार्बन नैनोट्यूब के अंदर संपुटित किया जाता है। निम्नलिखित तकनीक का वर्णन साहित्य में किया गया है। 30 वी के वोल्टेज पर ~30 ए का एक प्रत्यक्ष वर्तमान आर्क डिस्चार्ज का उपयोग हीलियम वातावरण में ग्रेफाइट वर्णक के साथ थैलियम पाउडर के संपीड़ित मिश्रण का प्रतिनिधित्व करने वाले इलेक्ट्रोड के साथ किया गया था। इंटरइलेक्ट्रोड दूरी 2-3 मिमी थी। एक टनलिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप का उपयोग करते हुए, इलेक्ट्रोड सामग्री के थर्मल अपघटन के उत्पादों में नैनोट्यूब में संपुटित TaC क्रिस्टल की एक महत्वपूर्ण मात्रा की खोज की गई।. एक्स क्रिस्टलीयों का विशिष्ट अनुप्रस्थ आकार लगभग 7 एनएम था, नैनोट्यूब की विशिष्ट लंबाई 200 एनएम से अधिक थी। नैनोट्यूब बहुपरत सिलेंडर थे जिनकी परतों के बीच की दूरी 0.3481 ±0.0009 एनएम थी, जो ग्रेफाइट के लिए संबंधित पैरामीटर के करीब थी। नमूनों की चुंबकीय संवेदनशीलता की तापमान निर्भरता के माप से पता चला कि इनकैप्सुलेटेड नैनोक्रिस्टल बदल जाते हैंअतिचालक अवस्था T=10 K पर.

नैनोट्यूब में संपुटित सुपरकंडक्टिंग क्रिस्टल प्राप्त करने की संभावना उन्हें बाहरी वातावरण के हानिकारक प्रभावों से अलग करना संभव बनाती है, उदाहरण के लिए, ऑक्सीकरण से, जिससे प्रासंगिक नैनो प्रौद्योगिकियों के अधिक कुशल विकास का रास्ता खुल जाता है।

नैनोट्यूब की बड़ी नकारात्मक चुंबकीय संवेदनशीलता उनके प्रतिचुंबकीय गुणों को इंगित करती है। यह माना जाता है कि नैनोट्यूब का प्रतिचुम्बकत्व उनकी परिधि के चारों ओर इलेक्ट्रॉन धाराओं के प्रवाह के कारण होता है। चुंबकीय संवेदनशीलता का परिमाण नमूने के अभिविन्यास पर निर्भर नहीं करता है, जो इसकी अव्यवस्थित संरचना से जुड़ा होता है। चुंबकीय संवेदनशीलता का अपेक्षाकृत बड़ा मूल्य इंगित करता है कि, कम से कम एक दिशा में, यह मान ग्रेफाइट के संबंधित मूल्य के बराबर है। कार्बन के अन्य रूपों के लिए संबंधित डेटा से नैनोट्यूब की चुंबकीय संवेदनशीलता की तापमान निर्भरता में अंतर इंगित करता है कि कार्बन नैनोट्यूब कार्बन का एक अलग स्वतंत्र रूप है, जिसके गुण अन्य राज्यों में कार्बन के गुणों से मौलिक रूप से भिन्न हैं।.

नैनोट्यूब के अनुप्रयोग

नैनोट्यूब के कई तकनीकी अनुप्रयोग उच्च विशिष्ट सतह क्षेत्र (एकल-दीवार वाले नैनोट्यूब के मामले में, लगभग 600 वर्ग मीटर प्रति 1/ग्राम) की उनकी संपत्ति पर आधारित हैं, जो एक छिद्रपूर्ण सामग्री के रूप में उनके उपयोग की संभावना को खोलता है। फिल्टर, आदि

नैनोट्यूब सामग्री को विषम उत्प्रेरण के लिए एक सहायक सब्सट्रेट के रूप में सफलतापूर्वक उपयोग किया जा सकता है, और खुले नैनोट्यूब की उत्प्रेरक गतिविधि बंद नैनोट्यूब के लिए संबंधित पैरामीटर से काफी अधिक है।

उच्च विशिष्ट शक्ति वाले इलेक्ट्रोलाइटिक कैपेसिटर के लिए इलेक्ट्रोड के रूप में उच्च विशिष्ट सतह क्षेत्र वाले नैनोट्यूब का उपयोग करना संभव है।

कार्बन नैनोट्यूब ने हीरे की फिल्म के निर्माण को बढ़ावा देने वाली कोटिंग के रूप में प्रयोगों में खुद को अच्छी तरह से साबित किया है। जैसा कि इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप का उपयोग करके ली गई तस्वीरों से पता चलता है, नैनोट्यूब फिल्म पर जमा हीरे की फिल्म सी 60 और सी 70 पर जमा फिल्म से नाभिक के घनत्व और एकरूपता के मामले में बेहतर भिन्न होती है।

नैनोट्यूब के ऐसे गुण जैसे उसका छोटा आकार, जो संश्लेषण स्थितियों, विद्युत चालकता, के आधार पर काफी भिन्न होता है।यांत्रिक शक्ति और रासायनिक स्थिरता हमें नैनोट्यूब को भविष्य के माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक तत्वों के आधार के रूप में मानने की अनुमति देती है। गणनाओं से यह सिद्ध हो गया है कि एक दोष के रूप में एक आदर्श नैनोट्यूब संरचना में पेंटागन-हेप्टागन जोड़ी की शुरूआत इसके इलेक्ट्रॉनिक गुणों को बदल देती है। इसमें अंतर्निहित दोष वाले नैनोट्यूब को धातु-अर्धचालक हेटेरोजंक्शन के रूप में माना जा सकता है, जो सिद्धांत रूप में, रिकॉर्ड छोटे आकार के अर्धचालक तत्व का आधार बना सकता है।

नैनोट्यूब इलेक्ट्रॉनिक सर्किट में सतह की अनियमितताओं की निगरानी के लिए उपयोग किए जाने वाले अत्यंत पतले माप उपकरणों के आधार के रूप में काम कर सकते हैं।

विभिन्न सामग्रियों से भरे जाने पर नैनोट्यूब द्वारा दिलचस्प अनुप्रयोग प्राप्त किए जा सकते हैं। इस मामले में, नैनोट्यूब का उपयोग इसे भरने वाली सामग्री के वाहक के रूप में और एक इन्सुलेट शेल के रूप में किया जा सकता है जो इस सामग्री को विद्युत संपर्क से या आसपास की वस्तुओं के साथ रासायनिक संपर्क से बचाता है।

निष्कर्ष

हालाँकि फुलरीन का इतिहास छोटा है, विज्ञान का यह क्षेत्र तेजी से विकसित हो रहा है, अधिक से अधिक नए शोधकर्ताओं को आकर्षित कर रहा है। विज्ञान के इस क्षेत्र में तीन क्षेत्र शामिल हैं: फुलरीन भौतिकी, फुलरीन रसायन विज्ञान और फुलरीन प्रौद्योगिकी।

फुलरीन का भौतिकीविभिन्न चरण अवस्थाओं में फुलरीन और उनके यौगिकों के संरचनात्मक, यांत्रिक, विद्युत, चुंबकीय, ऑप्टिकल गुणों के अध्ययन में लगा हुआ है। इसमें इन यौगिकों में कार्बन परमाणुओं के बीच परस्पर क्रिया की प्रकृति, फुलरीन अणुओं की स्पेक्ट्रोस्कोपी, फुलरीन अणुओं से युक्त प्रणालियों के गुणों और संरचना का अध्ययन भी शामिल है। फुलरीन भौतिकी फुलरीन के क्षेत्र में सबसे उन्नत शाखा है।

फुलरीन की रसायन शास्त्रबंद कार्बन अणुओं के आधार पर नए रासायनिक यौगिकों के निर्माण और अध्ययन से जुड़ा है, और उन रासायनिक प्रक्रियाओं का भी अध्ययन करता है जिनमें वे भाग लेते हैं। यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि अवधारणाओं और अनुसंधान विधियों के संदर्भ में, रसायन विज्ञान की यह शाखा कई मायनों में पारंपरिक रसायन विज्ञान से मौलिक रूप से भिन्न है।

फुलरीन तकनीकइसमें फुलरीन के उत्पादन की दोनों विधियाँ और उनके विभिन्न अनुप्रयोग शामिल हैं।

ग्रंथ सूची

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"फुलरेन - जीवन का मैट्रिक्स..."

तो, कार्बन के प्रसिद्ध रूपों - हीरा और ग्रेफाइट के विपरीत, फुलरीन है अणु, कार्बन परमाणुओं से मिलकर बना है। फुलरीन के C60 परिवार का सबसे महत्वपूर्ण प्रतिनिधि, इसमें 60 कार्बन परमाणु होते हैं। वास्तव में, हम "हीरा या ग्रेफाइट अणु" नहीं कह सकते हैं, ये जाली में कार्बन परमाणुओं की एक निश्चित स्थानिक व्यवस्था के साथ सिर्फ क्रिस्टलीय रूप हैं। फुलरीन कार्बन का एकमात्र आणविक रूप है।

प्रकृति ने अनेक विरोधाभासी अवधारणाओं को एक वस्तु में संयोजित किया है।

फुलरीन कार्बनिक और अकार्बनिक पदार्थ के बीच एक संयोजक कड़ी है। यह एक अणु, एक कण और एक समूह है। C60 अणु का व्यास 1 एनएम है, जो पदार्थों की "सच्ची" आणविक और कोलाइडल अवस्थाओं के बीच स्थित फैलाव सीमा से मेल खाता है।

यदि हम फुलरीन के अंदर देखें, तो हमें केवल विद्युत चुम्बकीय क्षेत्रों से व्याप्त एक शून्य मिलेगा। दूसरे शब्दों में, हम लगभग 0.4 एनएम के व्यास के साथ कुछ प्रकार की खोखली जगह देखेंगे, जिसमें " कुछ नहीं" - वैक्यूम, एक कार्बन खोल में बंद, जैसे एक प्रकार के कंटेनर में। इसके अलावा, इस कंटेनर की दीवारें किसी भी भौतिक कण (आयन, परमाणु, अणु) को इसके अंदर प्रवेश करने की अनुमति नहीं देती हैं। लेकिन खोखला स्थान स्वयं, मानो ब्रह्मांड का हिस्सा है कुछबाहरी भौतिक वातावरण के साथ सूक्ष्म, सूचनात्मक अंतःक्रियाओं में भाग लेने में कोई भी सक्षम नहीं है। फुलरीन अणु को "वैक्यूम बुलबुला" कहा जा सकता है, जिसके लिए प्रसिद्ध थीसिस कि प्रकृति वैक्यूम से घृणा करती है, उपयुक्त नहीं है। निर्वात और पदार्थ- ब्रह्मांड की दो नींव एक अणु में सामंजस्यपूर्ण रूप से एकजुट हैं।

फुलरीन का एक और उल्लेखनीय गुण पानी के साथ इसकी अंतःक्रिया है। क्रिस्टलीय रूप को पानी में अघुलनशील माना जाता है। फुलरीन के जलीय घोल प्राप्त करने के कई प्रयासों से कोलाइडल या मोटे तौर पर फैली हुई फुलरीन-जल प्रणालियों का निर्माण होता है, जिसमें कणों में क्रिस्टलीय रूप में बड़ी संख्या में अणु होते हैं। जलीय आणविक घोल तैयार करना असंभव लगता है। और ऐसा समाधान होना बहुत महत्वपूर्ण है, मुख्य रूप से जीव विज्ञान और चिकित्सा में उनका उपयोग करने के लिए। फुलरीन की खोज के बाद से, इसकी उच्च जैविक गतिविधि की भविष्यवाणी की गई है। हालाँकि, फुलरीन की हाइड्रोफोबिसिटी के बारे में आम तौर पर स्वीकृत राय ने कई वैज्ञानिकों के पानी में घुलनशील डेरिवेटिव या घुलनशील रूप बनाने के प्रयासों को निर्देशित किया है। इस मामले में, विभिन्न हाइड्रोफिलिक रेडिकल फुलरीन अणु से जुड़े होते हैं या पानी में घुलनशील पॉलिमर और सर्फेक्टेंट से घिरे होते हैं, जिसके कारण फुलरीन अणु जलीय वातावरण में रहने के लिए "मजबूर" होते हैं। कई अध्ययनों में इनका उच्च स्तर पाया गया है जैविक गतिविधि. हालाँकि, बाहरी कार्बन शेल में किसी भी बदलाव से फुलरीन अणु की इलेक्ट्रॉनिक संरचना और समरूपता का उल्लंघन होता है, जो बदले में पर्यावरण के साथ इसकी बातचीत की विशिष्टता को बदल देता है। इसलिए, कृत्रिम रूप से रूपांतरित फुलरीन अणुओं का जैविक प्रभाव काफी हद तक संलग्न कणों की प्रकृति और उनमें मौजूद घुलनशील पदार्थों और अशुद्धियों पर निर्भर करता है। फुलरीन अणु अपने असंशोधित रूप में और विशेष रूप से, पानी में अपने आणविक समाधानों में सबसे हड़ताली व्यक्तित्व प्रदर्शित करते हैं।

फुलरीन के परिणामी जलीय घोल समय के साथ (2 वर्ष से अधिक) स्थिर होते हैं, इनमें अपरिवर्तित भौतिक रासायनिक गुण और एक स्थिर संरचना होती है। इन समाधानों में कोई जहरीली अशुद्धियाँ नहीं होती हैं। आदर्श रूप से, यह केवल पानी और फुलरीन है। इसके अलावा, फुलरीन पानी की प्राकृतिक बहुपरत संरचना में निर्मित होता है, जहां पानी की ऑक्सीजन और फुलरीन की सतह पर स्वीकर्ता केंद्रों के बीच दाता-स्वीकर्ता की बातचीत के कारण पानी की पहली परत फुलरीन की सतह से मजबूती से जुड़ी होती है। .

पानी के साथ इतने बड़े अणु के परिसर में भी महत्वपूर्ण बफर क्षमता होती है। इसकी सतह के पास, 7.2-7.6 का pH मान बनाए रखा जाता है; शरीर में स्वस्थ कोशिकाओं के मुख्य भाग की झिल्लियों की सतह के पास भी यही pH मान पाया जाता है। कई कोशिका "रोग" प्रक्रियाएं इसकी झिल्ली की सतह के पास पीएच मान में परिवर्तन के साथ होती हैं। वहीं, एक बीमार कोशिका न केवल अपने लिए असहज स्थिति पैदा करती है, बल्कि अपने पड़ोसियों पर भी नकारात्मक प्रभाव डालती है। हाइड्रेटेड फुलरीन, कोशिका की सतह के निकट होने के कारण, अपने स्वस्थ पीएच मान को बनाए रखने में सक्षम है। इस प्रकार, कोशिका को अपनी बीमारी से निपटने के लिए अनुकूल परिस्थितियाँ निर्मित होती हैं।

और हाइड्रेटेड फुलरीन का सबसे उल्लेखनीय गुण इसका है सक्रिय रेडिकल्स को बेअसर करने की क्षमता. फुलरीन की एंटीऑक्सीडेंट गतिविधि ज्ञात एंटीऑक्सीडेंट (उदाहरण के लिए, विटामिन ई, डिबुनोल, बी-कैरोटीन) के प्रभाव से 100-1000 गुना अधिक है। इसके अलावा, हाइड्रेटेड फुलरीन शरीर में मुक्त कणों के प्राकृतिक स्तर को दबाता नहीं है और केवल उनकी एकाग्रता बढ़ाने की स्थितियों में ही सक्रिय होता है। और शरीर में जितने अधिक मुक्त कण बनते हैं, हाइड्रेटेड फुलरीन उतनी ही अधिक सक्रियता से उन्हें निष्क्रिय कर देता है। फुलरीन की एंटीऑक्सीडेंट क्रिया का तंत्र व्यवहार में उपयोग किए जाने वाले ज्ञात एंटीऑक्सीडेंट की क्रिया से मौलिक रूप से भिन्न है। इस प्रकार, एक रेडिकल को बेअसर करने के लिए पारंपरिक एंटीऑक्सीडेंट के एक अणु की आवश्यकता होती है। और एक हाइड्रेटेड फुलरीन अणु असीमित संख्या में सक्रिय रेडिकल्स को बेअसर करने में सक्षम है। यह एक प्रकार का एंटीऑक्सीडेंट उत्प्रेरक है। इसके अलावा, फुलरीन अणु स्वयं प्रतिक्रिया में भाग नहीं लेता है, बल्कि जल समूह का केवल एक संरचना बनाने वाला तत्व है। ...

पिछली शताब्दी की शुरुआत में, शिक्षाविद् वर्नाडस्की ने देखा कि जीवित पदार्थ को उच्च समरूपता की विशेषता है। अकार्बनिक दुनिया के विपरीत, कई जीवों में पांचवें क्रम की समरूपता धुरी होती है। फुलरीन सी60 में 6 पांचवें क्रम की अक्षें हैं; यह प्रकृति में ऐसी अनूठी समरूपता वाला एकमात्र अणु है। फुलरीन की खोज से पहले भी, कुछ प्रोटीनों की आणविक संरचनाएँ फुलरीन के आकार की होती थीं, कुछ वायरस और अन्य महत्वपूर्ण जैविक संरचनाओं (उदाहरण के लिए) की संरचनाएँ समान होती थीं। फुलरीन अणु और उसके न्यूनतम क्लस्टर के बीच दिलचस्प पत्राचार डीएनए की द्वितीयक संरचना. तो C60 अणु का आकार तथाकथित डीएनए में पूरक आधारों के तीन जोड़े के बीच की दूरी से मेल खाता है। कोडोनजो संश्लेषित प्रोटीन के एक अमीनो एसिड के निर्माण के लिए जानकारी निर्दिष्ट करता है। डीएनए हेलिक्स के घुमावों के बीच की दूरी 3.4 एनएम है; पहले गोलाकार C60 क्लस्टर, जिसमें 13 फुलरीन अणु होते हैं, का आकार समान होता है।

यह ज्ञात है कि कार्बन, और विशेष रूप से ग्रेफाइट और अनाकार कार्बन, अपनी सतह पर सबसे सरल अणुओं को सोखने की क्षमता रखते हैं, जिनमें वे भी शामिल हैं जो जीवन की नींव बनाने की प्रक्रिया में अधिक जटिल जैविक रूप से महत्वपूर्ण अणुओं के निर्माण के लिए सामग्री हो सकते हैं। मामला। फुलरीन, अपने स्वीकर्ता गुणों के कारण, अन्य अणुओं के साथ चयनात्मक रूप से बातचीत करने में सक्षम है, और एक जलीय वातावरण में, इन गुणों को इसकी सतह से काफी दूरी पर पानी की क्रमबद्ध परतों में स्थानांतरित करता है।

अकार्बनिक पदार्थ से जीवन की उत्पत्ति के अनेक सिद्धांत हैं और उनकी मुख्य परिस्थितियाँ जैसे कारक हैं

1. सक्रिय केंद्रों के पास सरल अणुओं (सीओ, एनओ, एनएच 3, एचसीएन, एच 2 ओ, आदि) की एकाग्रता जहां बाहरी ऊर्जा स्रोतों की भागीदारी के साथ प्रतिक्रियाएं होती हैं।
2. बहुलक और प्राथमिक आदेशित संरचनाओं के लिए गठित कार्बनिक अणुओं की जटिलता।
3. उच्च कोटि की संरचनाओं का निर्माण।
4. स्व-प्रजनन प्रणालियों का गठन।

प्रायोगिक तौर पर, प्रीबायोलॉजिकल काल में पृथ्वी पर मौजूद स्थितियों का निर्माण करते समय, पहले कारक के अवलोकन की संभावना सिद्ध हुई थी। इन परिस्थितियों में महत्वपूर्ण और महत्वहीन अमीनो एसिड और कुछ न्यूक्लिक आधारों का निर्माण काफी संभव है। हालाँकि, जीवन के उद्भव के लिए सभी शर्तों को पूरा करने की संभावना व्यावहारिक रूप से शून्य है। इसका मतलब यह है कि कुछ अन्य शर्त होनी चाहिए जो सरल तत्वों के संयोजन, जटिलता और परिणामी कार्बनिक यौगिकों को जीवित पदार्थ की उपस्थिति के स्तर तक व्यवस्थित करने के तंत्र के उद्देश्यपूर्ण कार्यान्वयन की अनुमति देती है। और यह स्थिति, हमारी राय में, एक मैट्रिक्स की उपस्थिति है। इस मैट्रिक्स में एक स्थिर संरचना होनी चाहिए, उच्च समरूपता होनी चाहिए, पानी के साथ बातचीत (लेकिन दृढ़ता से नहीं) होनी चाहिए, अपने चारों ओर काफी दूरी पर अन्य अणुओं का एक सममित वातावरण बनाना चाहिए, इसकी सतह के पास सक्रिय रेडिकल्स को केंद्रित करने और गठन के साथ उनके तटस्थता को सुविधाजनक बनाने में सक्षम होना चाहिए। जटिल कार्बनिक अणु, एक ही समय में, तटस्थ रूपों को सक्रिय कट्टरपंथियों के हमलों से बचाते हैं, समान संरचनाएं बनाते हैं और जलीय पर्यावरण की समान संरचनाएं बनाते हैं। और सबसे महत्वपूर्ण बात यह है कि कार्बन जीवन का मैट्रिक्स कार्बन होना चाहिए। और ये सभी आवश्यकताएं फुलरीन द्वारा हाइड्रेटेड अवस्था में पूरी की जाती हैं। और, सबसे अधिक संभावना है, फुलरीन के C60 परिवार का मुख्य और सबसे स्थिर प्रतिनिधि। यह बहुत संभव है कि जीवन का उद्भव कोई प्राथमिक कार्य नहीं है, बल्कि यह प्रक्रिया निरंतर चलती रहती है और किसी न किसी तरह जीवन के विकास, मौजूदा जीवन के परीक्षण और उसके नए रूपों के निर्माण को प्रभावित करती है।

प्रकृति में जहां भी कार्बन और उच्च ऊर्जा होती है वहां फुलरीन मौजूद होती है। वे कार्बन तारों के पास, अंतरतारकीय अंतरिक्ष में, बिजली गिरने पर, या ज्वालामुखी क्रेटर के पास मौजूद होते हैं, तब भी जब घरेलू गैस स्टोव में गैस जलाई जाती है। फुलरीन उन स्थानों पर भी पाए जाते हैं जहां कार्बन चट्टानें जमा होती हैं। यहां एक विशेष स्थान करेलियन शुंगाइट चट्टानों का है। 90% तक शुद्ध कार्बन युक्त ये चट्टानें लगभग 2 अरब वर्ष पुरानी हैं। उनकी उत्पत्ति की प्रकृति अभी भी स्पष्ट नहीं है। मान्यताओं में से एक बड़े कार्बन उल्कापिंड का गिरना है। में शुंगाइटपहली बार प्राकृतिक फुलरीन की खोज की गई। हम शुंगाइट में फुलरीन सी60 को निकालने और पहचानने में भी कामयाब रहे।

पीटर I के समय से, करेलिया में एक उपचार वसंत रहा है। मार्शल जल" कई वर्षों तक, कोई भी इस स्रोत के उपचार गुणों का कारण निश्चित रूप से नहीं बता सका। यह माना गया कि बढ़ी हुई लौह सामग्री स्वास्थ्य-सुधार प्रभाव का कारण है। हालाँकि, पृथ्वी पर कई लौह युक्त स्रोत हैं, लेकिन, एक नियम के रूप में, कोई उपचार प्रभाव नहीं है। शुंगाइट चट्टानों में फुलरीन की खोज के बाद ही, जिसके माध्यम से झरने का प्रवाह होता है, यह धारणा उत्पन्न हुई कि फुलरीन मार्शल जल के चिकित्सीय प्रभाव की सर्वोत्कृष्टता है। हालाँकि, इस पानी के उपचार गुण, पिघले पानी की तरह, लंबे समय तक नहीं रहते हैं। इसे बोतलबंद करके आवश्यकतानुसार उपयोग नहीं किया जा सकता। अगले ही दिन यह अपने गुण खो देता है। मार्शियल पानी, फुलरीन और फुलरीन जैसी संरचनाओं वाली चट्टान से होकर गुजरता है, केवल उस संरचना से "संतृप्त" होता है जो चट्टान उसे देती है। और भंडारण के दौरान ये जीवनदायी समूह विघटित हो जाते हैं। फुलरीन अनायास पानी में प्रवेश नहीं करता है और इसलिए, इसमें कोई संरचना-निर्माण तत्व नहीं है जो लंबे समय तक पानी के व्यवस्थित समूहों को बनाए रखने में सक्षम हो, और, परिणामस्वरूप, ऐसा पानी जल्दी से साधारण पानी के गुणों को प्राप्त कर लेता है। इसके अलावा, इसमें मौजूद आयन स्वयं पानी की मूल संरचना को पुनर्व्यवस्थित करते हैं, जिससे अपने स्वयं के जलयोजन क्लस्टर बनते हैं।

एक बार पानी में फुलरीन के आणविक कोलाइडल समाधान प्राप्त करने के बाद, हमने प्रयोगशाला में मार्शल जल के सार को पुन: पेश करने का प्रयास किया। लेकिन ऐसा करने के लिए, उन्होंने अत्यधिक शुद्ध पानी लिया और होम्योपैथिक खुराक में फुलरीन का एक जलीय घोल मिलाया। जिसके बाद उन्होंने विभिन्न मॉडलों पर जैविक परीक्षण करना शुरू किया। परिणाम आश्चर्यजनक थे. पैथोलॉजी के लगभग किसी भी मॉडल में, हम एक सकारात्मक जैविक प्रभाव पाते हैं। प्रयोग 10 वर्षों से अधिक समय से चल रहे हैं। एक सुव्यवस्थित प्रयोग के साथ, जीवित जीव में कोई भी रोग संबंधी परिवर्तन लगभग हमेशा सामान्य स्थिति में लौटने का प्रयास करता है। लेकिन यह कोई लक्षित दवा या विदेशी रासायनिक यौगिक नहीं है, बल्कि पानी में घुली कार्बन की एक गेंद है। इसके अलावा, किसी को यह आभास होता है कि हाइड्रेटेड फुलरीन की ओर ले जाता है " सामान्य स्थिति"शरीर में सभी परिवर्तन, उन संरचनाओं तक जिन्हें उसने जीवन की उत्पत्ति की प्रक्रिया में एक मैट्रिक्स के रूप में जन्म दिया।