バッキーボールまたはフラーレンは、元素炭素の同素体のクラスであり、その構造が決定されていることで有名です。それらは一般的に、かまどや暖炉でよく見られる黒く滑らかなすすを構成します。
これはマーベルのバッキー バーンズに関する記事のように見えるかもしれませんが、そうではありません。それはさらに興味深い何かについてです...化学の世界から！バッキーボール、フラーレン、またはバックミンスターフラーレンは、ごく最近発見された炭素元素の形態のグループに付けられたさまざまな名前です。
バッキーボールまたはフラーレンとは?
信じがたいかもしれませんが、フラーレンは炭素原子がたくさん集まった分子です。通常、それらは「バッキーボール」の 1 つの分子を形成する 60 個の炭素原子で構成されています。ただし、場合によっては、それらの構造が 70、76、84、90、94、またはそれ以上の炭素原子である場合もあります。
それらは球形であり、その対称性と球のような形状と相まって、サッカー ボールによく似ています。この構造は、専門用語で切頂二十面体と呼ばれます。 60 個の頂点と 32 個の面を持つ多角形です。これらの面のうち 12 面は五角形で、20 面は六角形です。
この球形と炭素原子間の相互接続により、この炭素の同素体に巨大なケージのような構造が作成されます。この構造は当初、特定するのが困難でした。炭素60個の分子がフットボールのような単純なものに似ていると誰が考えたでしょうか?
「バックミンスターフラーレン」という名前は、それを発見した科学者に敬意を表して付けられたものだと思うかもしれませんが、それは絶対に違います ケース。
フラーレンの構造は、上図のようにジオデシック ドームに似ています。 (写真提供:Philipp Hienstorfer/Wikimedia commons)
バックミンスター・フラーは、測地線ドームで有名な建築家の名前です。フラーレンの構造について科学者にアイデアを与えたのは、これらのドームでした。彼のインスピレーションへのオマージュとして、このグループの化合物は彼にちなんで命名されました。
フラーレンの発見
フラーレンは、科学の世界における多くの偉大な発見のように、偶然に発見されました。ある科学者グループが、宇宙で見つかった特定の粒子を研究していたときに、この特別な分子グループに遭遇しました。
フラーレンは、1985 年にサセックス大学の英国の化学者ハロルド W. クロートと、ライス大学の化学者ロバート F. カールおよびリチャード E. スモーリーによって発見されました。研究者チームは、米粒ほどの小さなものに使用される Smalley の実験装置を使用して、実験を開始しました。科学者たちは米粒よりもさらに小さい原子と分子を扱っていたので、彼らはこれを必要としていました.
グラファイトを蒸発させてバックミンスターフラーレンを発見しました。 (写真提供:Rvkamalov gmail.com/Shutterstock)
炭素原子はグラファイト (炭素の別の同素体) から気化され、質量分析の技術がさらなる検査に使用されました。これにより、蒸発した炭素原子が集まって60個の炭素分子を形成したと結論付けられました。
異なる数の炭素原子のクラスターが他にもありましたが、それらは壊れてしまい、しばらくすると質量分析信号が消えてしまいました。
これが、存在する 60 個の炭素原子の同素体のアイデアが生まれた方法です!
フラーレンの化学的性質
フラーレンの構造をサッカー ボールとして特定することは、大変な作業でした。なぜなら、この炭素の同素体はとてつもなく非反応性だったからです。科学者や研究者は、この巨大な分子が非常に不活性である理由について頭を悩ませました。
結局のところ、フラーレンは閉じたケージのような構造のため、不活性になる傾向があります。化学的には、これらの分子グループは、「ダングリング ボンド」や緩い結合がないため、このようになっています。緩い結合は、分子を他の種と反応させる単なる自由結合です。
上はフラーレンの構造図です。黒い球は炭素原子を表します。 (写真提供:Angel Soler Gollonet/Shutterstock)
各炭素は、2 つの単結合と 1 つの二重結合によって他の炭素と接続されています。炭素原子が形成できる結合の数は 4 です。バッキーボールはベンゼンなどの有機溶媒に溶けるので、すす（フラーレンで構成されている）をトルエンで振ると、赤い溶液ができます！
バックミンスターフラーレンは電子不足種として振る舞うため、ハロゲンやヒドロキシル基 (-OH 基) などの電子が豊富な種と反応することを好みます。それらが-OHと反応すると、「フラーレノール」になります。
フラーレンは、外面体と内面体の 2 種類の化合物を形成する傾向があります。前者のカテゴリには、外側に存在する反応種が含まれます ケージ、後者は中を表します ケージの状況。
エキソヘドラル種は、フラーレンと上記の-OH基などの他の反応基との間の化学反応、主に付加または酸化還元反応により合成されます。
一方、内包種は、遷移金属錯体またはランタンやイリジウムなどの金属がケージ内に閉じ込められると合成されます。
内包フラーレン。青い球は、ケージ内に閉じ込められた外来原子を表しています。 (写真提供:Angel Soler Gollonet/Shutterstock)
フラーレン自体はほとんど反応しませんが、そのように合成されるのではなく、反応させられています。
フラーレンの用途
フラーレンの最近の発見と比較的不活性なため、フラーレンの用途について明確な確立は多くありません。ただし、現在テスト中の予測されるアプリケーションがあります。
バッキーボールは本質的に絶縁体ですが、特定の条件下で導電性および超伝導性を有することも観察されています。これらの特性、特に超伝導特性は、特にトランジスタやマイクロチップで、将来的に莫大な用途につながるでしょう!
バッキーボールの構造は、サッカー ボールによく似ています。
フラーレンが適用できる治療用途もいくつかあります。金属原子を閉じ込めたフラーレンは、造影剤として MRI や X 線で利用されています。これは、これらの金属フラーレンが人体に無害だからです。それらは約1時間体内にとどまり、体内の画像化に役立ちます.
診断ラボとは別に、フラーレンは抗 HIV 特性を持っていることもわかっています。適切に活用されれば、これは現代医学における最大の新しい発展の 1 つになる可能性があります。
フラーレン誘導体は有利な方法で局在化しているため、骨粗鬆症の治療に適しています。フラーレンの誘導体の中には、抗菌特性を持つことが証明されているものもあります。
結論
フラーレンは最近発見されたばかりで、その構造には畏敬の念を抱いていますが、実験や研究が必要な用途はまだたくさんあります。これらのかわいらしいタイトルの同素体は、人類にとって実際に有効になるのでしょうか!
