Fulereny– cząsteczki składające się z parzystej liczby atomów węgla, tworzące zamkniętą, pustą w środku bryłę. Cząsteczki fulerenów zawierają od 28 do ok. 1500 atomów węgla. Odmiana alotropowa węgla.

Budowa fulerenów:

Powierzchnia fulerenów składa się układu sprzężonych pierścieni składających się z pięciu i sześciu atomów węgla. Najpopularniejszy fuleren, zawierający 60 atomów węgla (tzw. C60) ma kształt dwudziestościanu ściętego, czyli wygląda dokładnie tak jak piłka futbolowa.

Występowanie:



Najczęściej wystęuja w sadzy i w przestrzeni kosmicznej w okolicach wygasłych gwiazd. Czasem pojawiają się w niektórych skałach (np.: szungit, warstwie gliny bogatej w sadzę-Nowa Zelandia)

Otrzymywanie:

Najczęstsza jest metoda płomieniowa. Polega na spalaniu substancji organicznych (np.: toluenu). W wyniku tego procesu otrzymywana jest tzw. sadza fulerenowa, będącą mieszanką wielu fulerenów. W celu oczyszczenia i rozdzielenia stosuje się wieloetapową ekstrakcję, najczęściej przy użyciu jako rozpuszczalnika benzenu lub toluenu. Separacja poszczególnych typów fulerenów następuje z wykorzystaniem wysokowydajnej chromatografii cieczowej HPLC.

Kolejną metodą jest aktywacja laserem. Użyto lasera impulsowego Nd: YAG. W wyniku aktywacji powierzchniowej grafit odparowuje z tarczy, a następnie ulega klaseryzacji w strumieniu wysokociśnieniowego helu. Badanie sadzy metodą spektrometrii masowej wykazywało istnienie cząsteczek węgla C60, przy czym intensywność zależy od ciśnienia gazu. Metoda nie jest już stosowana.

Inną metodą jest katalityczna piroliza gazów węglonośnych - rozkład acetylenu w temperaturze 970 K z użyciem katalizatora żelaza, niklu czy kobaltu - nanorurki wielościenne o średnicy 3-7 nm i długości do 30 µm

Właściwości fizyczne fulerenów:

- czarne ciała stałe o metalicznym połysku,

- posiadają własności nadprzewodzące i półprzewodniczące,

- trudno się rozpuszcza,

- miękkie żółte lub brązowe kryształki,

- nie rozpuszczają się w wodzie,

- przewodzi prąd elektryczny,

- łatwo sublimuje.

Właściwości chemiczne fulerenów:

- możliwość zamknięcia wewnątrz fulerenów atomów pierwiastków,

- praktycznie wcale nie rozpuszczają się w polarnych rozpuszczalnikach,

- najlepiej rozpuszczają się w rozpuszczalnikach aromatycznych, takich jak benzen lub toluen (tworzą się wtedy kolorowe roztwory. Roztwór C60 w benzenie ma barwę fioletową, zaś C70 – rubinową).

Zastosowanie:

-maja szerokie zastosowanie w medycynie (badania wykazały, że pochodne fulerenów- metanofulereny, są pomocne w leczeniu AIDS. Z kolei liposomowa pochodna C60, działa destrukcyjnie na komórki rakowe, w leczeniu choroby Alzheimera),

- specyficzne związki fulerenów- fulerydy, mogą przewodzić prąd poniżej temperatury krytycznej,

-w fotoprzewodnictwie,

- w polimerach drukarek kopiarek, (znacznie polepsza to jakość i trwałość wydruków),

- w stabilizatorach paliw samolotowych,

- do ulepszaniu jakości aluminium ( po dodaniu C60, jest ono twardsze),

- do produkcji diamentów (fuleren poddany wysokiemu ciśnieniu, zmienia swa strukturę, zamieniając się w diament).

- można je przyłączać do polimerów, uzyskując w ten sposób środki smarujące i tworzywa o unikalnych własnościach elektrooptycznych.

- zamyka się w nich atomy pierwiastków (udało się to uczynić ze wszystkimi pierwiastkami układu okresowego) lub cząstki związków chemicznych.

- rozcinanie łańcuchów DNA



Modyfikowane fulereny dzieli się na:

1. Egzohedralne - fulereny modyfikowane powierzchniowo – do których powierzchni są przyłączone rozmaite grupy funkcyjne, np.: po przyłączeniu grupy hydroksylowej otrzymuje się fulerenole.

2. Endohedralne – zawierająca wewnątrz swej "klatki" inne atomy lub cząsteczki

3. Heterofulereny – mająca jeden lub więcej atomów węgla w cząsteczce zastąpione przez inne atomy, np. azotu