Электродуговой синтез эндоэдрального металлофуллерена

Эндоэдральные металлофуллерены (ЭМФ) - новые, искусственно созданные соединения, содержащие один или несколько атомов металла внутри фуллереновой молекулы. Уникальная структура ЭМФ и разнообразие их свойств в зависимости от внедренного металла и фуллерена вызывают большой интерес к ним в плане изучения их химических и физических свойств [1]. Наиболее активно изучается возможность применения ЭМФ в биомедицине. Углеродный каркас обеспечивает практически абсолютную защиту от контакта эндоэдральных атомов металлов с внешней средой и возможных неблагоприятных последствий такого контакта для организма. В связи с этим, ЭМФ могут рассматриваться в качестве потенциальных радиопрепаратов (при внедрении радиоактивных эндоэдральных атомов), контрастных агентов для магнитно-резонансной томографии (в случае парамагнитных эндоэдральных атомов) или каких-либо иных меток [1, 2].

Впервые об ЭМФ сообщила группа Р. Смоли в 1985 [3], сразу после открытия фуллеренов. Однако исследования строения и свойств ЭМФ начались только в 90-е годы, когда для их получения стали использовать электродуговой метод [4] испарения графитовых электродов компаундированных разными металлами или окислами металлов.

Тем не менее, физические и особенно химические свойства ЭМФ до сих пор слабо изучены.

Главной причиной такого положения является ограниченная доступность ЭМФ для широкого круга исследователей, что связано с проблемой их синтеза и выделения в индивидуальном виде. Содержание ЭМФ в синтезируемой саже обычно не превышает 1% и для получения их в чистом виде используется трудоемкий метод препаративной высокоэффективной жидкостной хроматографии. Несмотря на трудности, связанные с синтезом и выделением ЭМФ, в настоящее время уже выделено в чистом виде и охарактеризовано разными методами более 50 ЭМФ [1].

Цель работы - направленный синтез, выделение и характеризация эндоэдрального металлофуллерена Gd@C82(C2v).

Структура молекулы ЭМФ представляет собой усеченный икосаэдр, поверхность которого составлена из 12 пятиугольников и (n-20)/2 шестиугольников (где n – число атомов углерода), в полость которого инкапсулирован атом металла. В формуле M@C2n те атомы, которые справа от символа @, входят в состав фуллереновой оболочки, а те атомы, которые слева от этого символа, располагаются внутри фуллереновой клетки [1]. В настоящее время известен широкий перечень элементов, включающий значительную часть Периодической таблицы Д.И Менделеева, атомы которых удалось внедрить в фуллереновую молекулу [2], но наиболее активно исследуется ЭМФ, содержащие атомы элементов второй (Ca, Sr, Ba), третьей (Sc, Y, La) групп и лантаноиды.

Исторически первым был синтезирован La@C60. Его ионы были обнаружены в масс-спектрах продуктов лазерного испарения композитов из графита и оксида лантана [3]. В то же время первым ЭМФ, полученным в макроскопических количествах, оказался La@C82 [4]. Самые распространенные и стабильные ЭМФ имеют углеродный каркас C82 (Рис. 1), число 82 даже называется магическим. В настоящее время наиболее распространенными и доступными для фундаментальных и прикладных исследований являются ЭМФ с атомами лантаноидов.

Рис. 1. Строение молекулы M@C82.

• Строение молекул эндоэдрального металлофуллерена M@C82
• Приготовление композитных графитовых электродов
• Масс-спектрометрический и спектрофотометрический анализ
• Выводы