高分子化学与物理专专业.ppt

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1、,富勒烯及其高分子化,专业：高分子化学与物理,富勒烯（Fullerene）是20世纪80年代发现的新型球状分子。它全部由碳原子组成，是继石墨、金刚石之后，发现的第三种碳元素存在的晶体形态，其分子可概括为Cn，目前已知n最大可为540，这类分子被称之为富勒烯族。,何为富勒烯？,它是其中稳定性最高的一种。由于它的结构特殊，并有奇特的物理、化学性质。,长期以来，人们只知碳的同素异形体有三种：金刚石、石墨和无定形碳。直到1985年发现了巴基球，1991年、1992年又相继发现了巴基管（碳纳米管）和巴基葱、碳有了第四种同素异形体富勒烯。,富勒烯的发现,科尔（R.F.Curl.Jr）,克罗托（）,斯莫利（

2、）,由于三位科学家在富勒烯研究中的杰出贡献，他们共同荣获1996年的诺贝尔化学奖。,克罗托（Kroto）等受建筑学家富勒（Fulley）为1967年蒙特利尔万国博览馆美国馆的圆形拱顶结构的启发，提出了C60结构。为了纪念此事，克罗托便把碳六十以巨蛋建筑物的设计者巴克尼斯特富勒（Buckminster Fuller）之名來命名,命名,富勒烯（学名），又称足球烯、碳六十、又译巴基球、巴克球（Bucky Ball），英文为Buckminster Fuller，简称Fullerene。,1.400.015,1.450.015,是32面体，12个五元环、20个六元环 对称性:好,电子亲合势:2.6-2.

3、8eV稳定性:强 具有光敏活性 缺电子烯烃,C60的结构及性质,C60的结构决定的化学性质：中空球形结构使得它能在内外表面都能进行反应，从而实验得到了各种结构的相应衍生物。如与金属反应、氧化还原反应等等，这些反应构成了C60高分子化的基础。C60的结构决定了它的物理性质,1)晶体类型：分子晶体,2)熔点：700，能在不裂解的情况下升华,3)溶解性：不溶于水、在正己烷、苯、二硫化碳、四氯化碳等非极性溶剂中有一定的溶解性。,4)颜色：纯C60为棕红色固体，有机溶剂为葡萄色,石墨蒸发法,富勒烯制备方法,激光法电阻加热法电弧法高频诱导加热法太阳能聚焦,CVD催化热裂解法苯火焰燃烧法萘热裂解法低压烃类气

4、体燃烧法,火焰加热法,电弧法,可用于制备C60、C70纳米管富勒烯内包金属微粒Smalley研究小组制备毫克量级C60产率1013 阳极：石墨棒或冶金焦煤和沥青制成的碳棒 原料:特别适于煤影响因素：温度场分布,CVD法,电阻加热CVD法实验装置图,主要用于制备碳纳米管，合适实验条件可制备出富勒烯。反应过程：有机气体+N2压入石英管，碳源在催化剂表面生长成富勒烯或碳纳米管。催化剂一般为Fe、Co、Ni、Cu颗粒。影响因素：反应温度、时间、气流量,催化剂,电炉,石英管,气体混合,热电偶,温度控制,富勒烯的应用,在医药上的应 用,光诱导切割DNA 和光动力学治疗作用酶抑制和抗HIV 活性清除生物体内

5、游离基毒性研究,富勒烯是具有很大表面积的全碳笼形结构,碳笼本身无毒,并且是非代谢性分子,分子的整体是呈电中性的,笼中有78 的空腔,可以包入多个金属原子,碳笼表面可以进行化学修饰,上述优点使得其非常适合做诊断和治疗的放射性药物以及质子碳共振的对比剂。,光诱导切割DNA 和光动力学治疗作用碳-60 光裂解DNA 可能被归因于G与激发态富勒烯之间的直接电子转移。富勒烯及其衍生物光裂解DNA 结果是它们对细胞的毒性,体外试验表明仅仅在光照时化合物才表现出对肿瘤细胞Helas的毒性。,酶抑制和抗HIV 活性富勒烯球对酶的抑制作用可主要归功于它的憎水性和亲水性。、试验研究表明,“第一代”水溶性富勒烯衍生

6、物对球型单核血细胞(PBMC)急、慢性抑制作用。此外它对非感染PBMC 没有毒性作用,清除生物体内游离基高度水溶性的富勒烯三加成马来酸衍生物是很好的游离基清除剂,体外试验研究表明,其能减少神经细胞的死亡率。此外,超氧化游离基也能被它们所淬灭。S.Samal 和K.E.Geckeler 合成了水溶性环糊精与碳-60的氨加合物,并用其与DPPH(一种稳定的游离基)反应,结果表明该化合物是一个有效的游离基清除剂。,毒性研究富勒烯及其衍生物在生物体内的吸收,分布,排泄以及它们的潜在毒性是评估他们的生物活性的重要依据。已有的实验表明,富勒烯及其衍生物的毒性是较低的。现在对富勒烯及其衍生物的代谢、排泄和毒性研究还刚刚开始,目前尚不能作出任何肯定的结论。,