ФУЛЕРЕНИ

ФУЛЕРЕНИ — нова алотропна форма існування вуглецю, яку часто називають його молекулярною формою. Відкриття нової молекули, подібної за формою до футбольного м’яча, яка складається із 60 атомів вуглецю, — це є певною мірою випадковий результат досліджень природи матерії в міжзоряному просторі, який у подальшому було модульовано в лабораторних умовах. У 1990 р. була опублікована робота, яка показала, що макроскопічні кількості С60 можна отримувати, використовуючи лабораторні методи, і це сприяло початку масових досліджень. Незабаром були визначені найважливіші структурні й фізико-хімічні характеристики молекули С60, яка найлегше утворюється серед відомих Ф. За відкриття Ф. складу С60 і С70 (у 1985 р.) Роберт Керл, Річард Смоллі та Гарольд Крото у 1996 р. були удостоєні Нобелівської премії з хімії.

Усі Ф. мають замкнуту структуру, схожу на кулю, яка складається лише з атомів вуглецю, кожен з яких має по три сусідніх, пов’язаних між собою міцними ковалентними зв’язками. У свою чергу, атоми вуглецю створюють геометричні фігури, які в подальшому характеризують стабільність молекули. Кожен шестикутник межує із трьома шестикутниками і трьома п’ятикутниками, а кожен п’ятикутник — лише із шестикутниками. Кожен атом вуглецю в молекулі С60знаходиться на вершинах двох шестикутників і одного п’ятикутника (рисунок). Ф. поділяють на більш і менш стабільні. Кордон між ними дозволяє встановити правило ізольованих п’ятикутників. Найбільш стабільними є ті молекули, в яких п’ятикутники не межують один з одним, і кожен з них оточений п’ятьма шестикутниками. Молекула С60 є першою, що відповідає цьому правилу, якщо розташувати Ф. у порядку збільшення числа атомів вуглецю, С70 — друга. Серед молекул Ф. з n>70 завжди є ізомер, що підкоряється зазначеному правилу, і кількість ізомерів зростає зі збільшенням числа атомів у молекулі. Відомо 5 ізомерів для С78, 24 — для С84 і 40 — для С90. Цим правилом підтверджено, що структури з n<60 виявилися нестійкими, хоча теоретично можна вважати найменшим Ф. С20. Також установлено кластери вищих стабільних Ф. С70, С74, С84, С164, С192, С216… С540, що мають форму замкнутої поверхні. Перший металевий аналог Ф. синтезований усього із 16 атомів золота і більш схожий на дорогоцінний камінь, ніж на кулю. Таким чином, це перша металева порожниста структура.

fuler.tif

Рисунок. С60-фулерен

Одним з істотних факторів, що обмежує коло досліджень та практичне використання Ф., є їх висока вартість на ринку. У Ф. відкрито унікальні можливості хімічної модифікації: приєднання функціональних груп із подвійними зв’язками, впровадження атомів і навіть цілих кластерів усередину вуглецевої сфери, а також утворення нових сполук заміною одного атома вуглецю на атом іншого хімічного елемента. Крім того, просторові розміри цих молекул знаходяться у нанометровому діапазоні, що дозволяє їм при введенні у кров людини легко проходити найвужчими капілярами системи кровообігу, тому ці молекули привертають до себе увагу як перспективні засоби доставки лікарських речовин до уражених органів.

Проводяться доклінічні випробовування препаратів на основі Ф. С60 із впорядковано розміщеними на їхній поверхні хімічними групами. Ці групи підбирають таким чином, щоб вони могли зв’язуватися з вибраними мішенями. Спектр можливих застосувань надзвичайно широкий. Він містить боротьбу з вірусними, онкологічними, нейродегенеративними захворюваннями, остеопорозом, захворюваннями судин. Ф. можуть використовуватися і в діагностиці як рентгеноконтрастна речовина, прикріплятися до поверхні певних клітин і виявляти їх розташування в організмі. Крім того, доведено, що похідні Ф. мають досить низьку токсичність. Дослідження гострої та підгострої токсичності похідних С60 дали негативні результати. Подальшими дослідженнями доведено, що вони мають токсичність навіть нижчу, ніж у більшості використовуваних ЛП. Таким чином, усе це наочно демонструє перспективність подальшого розвитку робіт у галузі медичної хімії похідних Ф. та фармації.

Балабанов В.И. Нанотехнологии. Наука будущего. Серия: Открытия, которые потрясли мир / В.И. Балабанов. — 2009; Словарь нанотехнологических и связанных с нанотехнологиями терминов / Под ред. С.В. Калюжного. — 2010; Wong-Ekkabut J., Baoukina S., Triampa W. et al. Computer simulation study of fullerene translocation through lipid membranes. — 2008.