V roku 1985 pribudla k dvom dovtedy známym alotropickým modifikáciám uhlíka tretia, ktorá má zaujímavé fyzikálne, chemické a biologické vlastnosti. Je tvorená skupinou diskrétnych molekúl so zaujímavou štruktúrou nazývaných fullereny.

Prvé hypotézy o možnej existencii uhlíka položil R. Buckminster Fuller (preslávil sa geodetickými kupolami zloženými z mnohouholníkov tzv. Buckybally) , podľa ktorého dostal fulleren pomenovanie. Hypotézy boli uverejnené H. W. Krotom a spolupracovníkmi v roku 1985. Od r. 1985 sa však fullerenova komunita začala úžasným tempom rozrastať, a tak možno s veľkou pravdepodobnosťou a optimizmom očakávať, že Nobelova cena, udelená v roku 1996 Angličanovi H. W. Krotovi a Američanom R. F. Curlimu a R. E. Smalleymu za fullerenové gule a valce, nie je posledná.

Špičkové svetové chemické a fyzikálne laboratóriá sa sústredili na výskum vlastností a aplikácií molekuly C60 – fullerenu. S touto zázračnou molekulou prišli do styku ako prví astrochemici, ktorí vo vesmíre objavili veľký počet nových uhlíkových zlúčenín aj čistý uhlík a uhlíkové atómy. Najviac ich zaujímalo, prečo sa vo vesmíre spájajú do nezvyčajne dlhých reťazcov. Pri výskume v laboratóriách americkej firmy Exxon Research and Engeneering Co., kde imitovali vesmírne podmienky, objavili exotickú molekulu, ktorá bola zhlukom 60 atómov uhlíka. Prvý čistý fullerit (zrazeninu C60 s klastrom C70) vyrobili v Heidelbergu v ústave Maxa Plancka pre jadrovú fyziku.

Zároveň začali zhromažďovať informácie o nových vlastnostiach a možnostiach jeho aplikácie. Rozsiahle výpočty a úvahy ich priviedli k poznaniu štruktúry molekuly. Je to útvar pripomínajúci futbalovú loptu. Bádatelia zistili, že C60 je mechanicky extrémne stabilná, pritom však mäkká látka, ktorá sa môže stať ideálnym východiskovým materiálom výroby dokonalého mazadla. Veľmi perspektívna je aj aplikácia v zlúčenine s draslíkom na výrobu supravodičov. Americkí výskumníci objavili feromagnetizmus fullerenov, čo je prvý zistený prípad feromagnetickej látky, neobsahujúcej kov. C60 sa osvedčil ako jednoduchá cenovo prístupná surovina na výrobu diamantov. Súčasne ponúka aj nové možnosti syntéz.

Do fullerenu sa napr. podarilo uzavrieť atóm železa, pričom vzniknutý kryštál FeC60 bol extrémne odolný proti korózii a oderu. Pozoruhodné je predovšetkým využitie fullerenov, a to najmä v oblastiach optiky, optoelektroniky, supravodivých materiálov, mikroelektroniky, kozmochémie, materiálového výskumu, medicíny, nových druhov skiel, litografie a podobne. Premenou hydrofóbneho charakteru molekuly C60 na hydrofilný, a to vytvorením derivátu molekuly s dvoma krídlami, možno celkom účinne deaktivovať enzým HIV 1 – proteáza, riadiaci reprodukciu vírusu choroby AIDS. Zaujímavé je aj využitie endohedrálnych molekúl pri transporte liečiv do organizmu, a to tak, že sa liečivá, ktorých priame podávanie by bolo nebezpečné, implantujú do dutého skeletu molekuly fullerenu. Najmenšie fullereny Cn obsahujú 20 atómov uhlíka. Najzaujímavejším predstaviteľom spomedzi molekúl tejto skupiny je fulleren C60 prevládajúci v zmesi produktov. Bol pozorovaný ako prvá molekula spomedzi fullerenov v zmesi s malým množstvom molekúl C70. Fulleren C60 si svojou rozmanitosťou vlastností a možnosťami uplatnenia zasluhuje podrobnejšiu analýzu, a to ako štruktúry, tak aj fyzikálnych a chemických vlastností.

Štruktúru molekuly C60 môžeme v submikropickom meradle stotožniť presne s modelom futbalovej lopty. Je to symetrická molekula takmer dokonale guľovitého dutého tvaru s priemerom približne 0,7 nm, na povrchu ktorej je umiestnených dvanásť päťuholníkov a dvadsať šesťuholníkov. Rovnocenné atómy uhlíka molekuly C60 sa vyznačujú trigonálou sp2 hybridizáciou. Päťuholníky sú tvorené jednoduchými kovalentnými väzbami, šesťuholníky tvorí systém alternujúcich jednoduchých a dvojitých väzieb, čím štruktúrne pripomína viacjadrové aromatické uhľovodíky. V molekule C60 je celkom 90 väzieb medzi atómmi uhlíka, z toho je 30 dvojitých a 60 jednoduchých väzieb.

Chemické vlastnosti fullerenu možno posudzovať podľa vznikajúcich produktov a to podľa polohy atakujúceho atómu vzhľadom k skeletu molekuly fullerenu. Chemickými reakciami môžu vznikať tri typy zlúčenín: endohedrálne (atóm je vo vnútri molekuly), exohedrálne (atóm je na povrchu molekuly), alebo zlúčeniny, v ktorých je substituovaný niektorý z atómov uhlíka skeletu iným atómom, pričom pre takúto substitúciu prichádzajú do úvahy len atómy bóru a dusíka. Pre svoju rozmanitosť a jednoduchosť realizácie je najznámejšia chemická reaktivita fullerenu, ktorá vedie ku vzniku exohedrálnych zlúčenín. Chemická reaktivita fullerenu by formálne mala zodpovedať, alebo byť aspoň blízka chemickej reaktivite arénov. V molekule sú však nehybridované p-orbitály atómov uhlíka situované kolmo na guľový povrch, čo obmedzuje ich prekryv a neumožňuje úplnú delokalizáciu π – elektrónov. Dôsledkom toho je rozdielnosť medzijadrových vzdialeností medzi jednotlivými atómami uhlíka, ale predovšetkým rozdielnosť v chemických vlastnostiach fullerenov, ktoré sa podobajú skôr alkénom ako arénom. Reaktivita fullerenu súvisí predovšetkým s vnútorným pnutím v molekule ktoré je spôsobené neplanárnym usporiadaným hybridných sp2 orbitálov atómov uhlíka.

Pri reakcii fullerenu C60 s vodíkom vznikajú fullerany. Katalytickou hydrogenáciou C60 väčšinou vzniká zmes látok s fulleranom C60H36 ako hlavným produktom. Reakcia fullerenu s manganistanom draselným, známa pod názvom Bayerova skúška sa používa na dôkaz dvojitej väzby v alkénoch.
Z chemických reakcií fullerenu C60 hrá, najmä vzhľadom na využitie fullerenov, významnú úlohu polymerizácia ktorá nachádza svoje využite predovšetkým pri procese sieťovania fullerenov v litografii. Vlastnosti fullerenu ako akceptora elektrónov sa prejavujú aj pri tvorbe komplexov so zlúčeninami, ktoré majú charakter donorov elektrónov. Známe sú aj reakcie, predovšetkým s alkalickými kovmi, za vzniku produktov typu organokovových zlúčenín:

nMe
C60 → MenC60

Molekula fullerenu C60 môže byť súčasťou koordinačných zlúčenín napr. platiny, irídia alebo ródia.
Fyzikálne vlastnosti fullerenu C60 možno posudzovať z hľadiska anorganickej aj organickej chémie, kým chemické vlastnosti predovšetkým z hľadiska oragnicekej chémie. Fulleren je anorganická látka, poskytuje však reakcie typické pre organické zlúčeniny. Z hľadiska fyzikálnych vlastností je zaujímavé porovnanie fullernenu s ostatnými modifikáciami uhlíka. Možno sa tu stretnúť s mnohými paradoxnými javmi, ako sú napríklad ich rozdielna rozpustnosť, (jedine fulleren je rozpustný v nepolárnych organických rozpúšťadlách), podobná štruktúra fullerenu s diamantom (kubická), ale napriek tomu jeho podstatne väčšia mäkkosť oproti veľmi tvrdému diamantu, nízka elektrická vodivosť fullerenu na rozdiel od vysokej elektrickej vodivosti grafitu a pod.

Objav C60 sa hodnotí ako jeden z prvých krokov novej chémie.

	Tento článok bol vytlačený zo stránky https://referaty.centrum.sk