热力学教案及课件

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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的发现过程C60的结构及其性能特征富勒烯的制备富勒烯的应用富勒烯（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、

2、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（H.W.Kroto）斯莫利（R.E.Smally）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（BuckminsterFuller）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（BuckyBall），英文为Buckmi

3、nsterFuller，简称Fullerene。1.400.015Å1.450.015Å是32面体，12个五元环、20个六元环对称性:好电子亲合势:2.6-2.8eV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

4、剂中有一定的溶解性。4)颜色：纯C60为棕红色固体，有机溶剂为葡萄色结构特征金刚石石墨C60碳原子构型四面体平面三角形足球型杂化轨道形式Sp3Sp2Sp2.28C-C键长/nm0.15440.1418(6/6)0.1388;(6/5)0.1432密度/(g/cm3)3.5142.2661.678晶体形式原子晶体原子与分子晶体之间分子晶体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

5、备毫克量级C60产率10―13％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,

6、分子的整体是呈电中性的,笼中有7～8Å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”水溶性富勒烯衍生物对球型单核血细胞(PBMC)急、慢性抑制作用。此外它

7、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,

8、目前尚不能作出任何肯定的结论。