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バックミンスターフラーレンは、化学式Cで表されるフラーレンの一種である。60 . 20個の六角形と12五角形からなるかご状の融合環構造（切頂、サッカー炭素原子はそれぞれ結合して。
バックミンスターフラーレンは黒色の固体で、炭化水素溶媒に溶解すると紫色の溶液になる。この物質は1985年に発見され、集中的な研究が行われてきたが、実用化例はほとんど見つかっていない。
バックミンスターフラーレン（またはフラーレン全般）の分子は、一般的にバッキーボールと呼ばれています。[ 3 ] [ 4 ]
バックミンスターフラーレンは、最も一般的な天然のフラーレンです。すすの中に少量含まれています。[ 5 ] [ 6 ]
宇宙空間にも存在する。中性C60 は惑星状星雲[ 7 ]やいくつかの種類の恒星[ 8 ]で観測されている。電離した形態C + 60は星間物質で確認されており[ 9 ]、近赤外線で拡散星間帯として知られるいくつかの吸収特性の原因となっている[ 10 ] 。
バックミンスターフラーレン分子の理論的予測は、1960年代後半から1970年代初頭にかけて現れた。[ 11 ] [ 12 ] [ 13 ] [ 14 ] 1984年にエリック・ロールフィング、ドナルド・コックス、アンドリュー・カルダーらが、超音速ヘリウムビーム中でレーザーを用いて炭素を気化させることで初めて生成したが、研究グループはバックミンスターフラーレンが生成されたことに気づいていなかった。[ 14 ] [ 15 ] 1985年には、ライス大学のハロルド・クロトー、ジェームズ・R・ヒース、ショーン・C・オブライエン、ロバート・カール、リチャード・スモーリーらが彼らの研究を再現し、 C60の構造を認識した。バックミンスターフラーレンとして60。[ 16 ]
クロトとスモーリーの研究とは同時期に、しかし関連性のない研究として、天体物理学者たちは分光学者と協力して巨大な赤色炭素星からの赤外線放射を研究していた。[ 17 ] [ 18 ] [ 19 ]スモーリーとそのチームは、レーザー蒸発技術を用いて、赤色炭素星から放出されたのと同じ波長の赤外線を放出する可能性のある炭素クラスターを生成することに成功した。[ 17 ] [ 20 ]こうして、スモーリーとそのチームは、グラファイトにレーザー技術を用いてフラーレンを生成するという着想を得た。
スモーリーチームはグラファイトのレーザー蒸発を用いてC nクラスター（n > 20かつ偶数）を発見し、その中で最も一般的なのはCであった。60とC70．固体回転グラファイトディスクを表面として使用し、レーザービームを用いて炭素を蒸発させ、高温プラズマを生成し、それを高密度ヘリウムガスの流れに通した。 [ 16 ]その後、炭素種はC が優勢であることを発見した。プラズマの反応時間を長くすることでさらに強化できるクラスターが60個あることも発見した。60はケージ状の分子で、正二十面体切頂である。 [ 17 ] [ 16 ]
実験的証拠である720ダルトンの強いピークは、炭素原子60個からなる炭素分子が形成されていることを示していたが、構造に関する情報は得られなかった。研究グループは反応性実験の後、最も可能性の高い構造は球状分子であると結論付けた。この考えは、二十面体対称の 閉じたケージ構造の基礎としてすぐに合理化された。[ 11 ]
クロトー、カール、スモーリーは、バックミンスターフラーレンおよび関連する分子群であるフラーレンの発見における役割により、 1996年のノーベル化学賞を受賞した。[ 11 ]
1989年、物理学者のヴォルフガング・クレッチュマー、コンスタンティノス・フォスティロプロス、ドナルド・R・ハフマンは、炭素粉塵（すす）の薄膜において特異な光吸収を観測した。このすすは、ヘリウム雰囲気中で2つのグラファイト電極間のアーク放電によって生成されたもので、電極材料が蒸発し、冷却雰囲気中で凝縮してすすを形成した。すすの赤外線スペクトルには、他の特徴の中でも特に、 Cについて提案されているものとよく一致する4つの離散的なバンドが見られた。60. [ 21 ] [ 22 ]
同年（1990年）には、薄膜実験に続いて分子構造の特性評価と検証に関する別の論文が発表され、アーク放電で生成されたすすから蒸発性およびベンゼン可溶性の物質を抽出する方法についても詳細に述べられていた。この抽出物は、 TEMおよびX線結晶解析の結果、球状Cの配列と一致していた。60個の分子、ファンデルワールス直径 nm [ 23 ]、およびCの予想分子量720 Da 60 （ Cは840 Da）質量スペクトルでは70 ) であった。 [ 24 ]この方法は、1 日あたりグラム量で材料を準備するのにシンプルで効率的であり (1990 年)、フラーレンの研究を促進し、今日でもフラーレンの商業生産に使用されています。
Cへの実用的なルートの発見60は、フラーレンの研究を含む新しい化学分野の開拓につながった。
同素体の発見者たちは、この新発見の分子を、Cに似た形状の多くのジオデシックドーム構造を設計したアメリカの建築家R・バックミンスター・フラーにちなんで命名した。60歳で、発見の前年である1983年に亡くなっていた。 [ 11 ]バックミンスターフラーレンの別の一般的な名前は「バッキーボール」である。 [ 25 ] [ 4 ]
すすは、グラファイトのレーザーアブレーションまたは芳香族炭化水素の熱分解によって生成される。フラーレンは、ソックスレー抽出器を用いて有機溶媒ですすから抽出される。[ 26 ]この工程により、最大75%のCを含む溶液が得られる。60およびその他のフラーレン。これらの画分はクロマトグラフィー。 [ 27 ]一般的に、フラーレンは炭化水素またはハロゲン化炭化水素に溶解され、アルミナカラムを使用して分離されます。 [ 28 ]
バックミンスターフラーレンは、60個の頂点、32個の面（20個の六角形と12個の五角形。ただし、五角形同士は頂点を共有しない）、90個の辺（5員環と6員環の間の60個の辺と、6員環同士で共有される30個の辺）を持つ切頂二十面体であり、各多角形の頂点には炭素原子があり、各多角形の辺に沿って結合がある。Cのファンデルワールス直径はC60分子の核間直径は約1.01ナノメートル 60分子は約0.71 nmです。60分子には2つの結合長があります。6:6環状結合（2つの六角形間）は「二重結合」とみなすことができ、6:5結合（六角形と五角形間）よりも短くなっています。平均結合長は0.14 nmです。構造中の各炭素原子は、他の3つの炭素原子と共有結合しています。 [ 30 ] Cの炭素原子は60は窒素原子またはホウ素原子で置換され、C59 NまたはCそれぞれ59B 。[ 31 ]
バックミンスターフラーレンは、かつて波動粒子二重性を示すことが観測された最大の既知の分子であった。[ 32 ] 2020年には、フタロシアニン色素分子が、光、電子、その他の小さな粒子や分子によりよく知られている二重性を示した。[ 33 ]
フラーレンは芳香族溶媒や二硫化炭素にはわずかに溶けるが、水には溶けない。純粋なC60溶液は60は濃い紫色をしており、蒸発すると茶色の残留物が残ります。この色の変化の理由は、個々のC60個の分子。そのため、個々の分子は青色と赤色の光を透過し、紫色になります。乾燥すると、分子間相互作用によりエネルギーバンドが重なり、広がり、青色の光の透過がなくなり、紫色から茶色に色が変わります。 [ 17 ]
C60は格子中に溶媒（「溶媒和物」）を含む状態で結晶化する。例えば、Cベンゼンから60を生成すると、式C60・4C6H6の三斜晶系結晶が得られる。他の溶媒和物と同様に、これも容易にベンゼンを放出し、通常の面心立方C60を生成。60．Cのミリメートルサイズの結晶60とC70は、溶媒和物と純粋なフラーレンの両方から溶液から成長させることができる。 [ 37 ] [ 38 ]
固体バックミンスターフラーレンでは、C60個の分子はfcc（面心立方）モチーフを採用している。それらは約-20℃で回転し始める 。この変化はfcc構造への一次相転移と、格子定数が1.411 nmから1.4154 nmへと小さくも急激に増加することに関連している 。 [ 39 ]
C60固体はグラファイトと同じくらい柔らかいが、体積の70%未満に圧縮すると、超硬質のダイヤモンドに変化（凝集ダイヤモンドナノロッド）。C60フィルムおよび溶液は強い非線形光学特性を有しており、特に光強度とともに光吸収が増加する（飽和吸収）。
C60は、光吸収閾値が約1.6 eVの褐色固体を形成する。 [ 40 ]これは、活性化エネルギーが0.1～0.3 eVと低いn型半導体 、この導電性は、固有欠陥または酸素関連欠陥に起因する。 [ 41 ] FccC60には、八面体サイトと四面体サイトに 不純物原子を収容するのに十分な大きさ（それぞれ0.6 nmと0.2 nm）の空隙が存在する。アルカリ金属がこれらの空隙にドーピングさC60は半導体から導体、さらには超伝導体へと変化する。 [ 39 ] [ 42 ]
C60は6回の可逆的な1電子還元を受け、最終的にC6−60を生成する。その酸化は不可逆である。最初の還元は≈−1.0V(Fc/Fc + )、C60は電子受容体としての性質が弱い 。60 は五角形の環に二重結合を持つことを避ける傾向があり、電子の非局在化が悪く、結果としてC60は「超芳香族」。C60は電子不足アルケン。例えば、いくつかの求核剤と反応する。 [ 23 ] [ 43 ]
C60はわずかな芳香族性を示すが、局所的な二重結合および単結合のC–C特性を反映している。したがって、C60は水素と付加反応を起こしてポリヒドロフラーレンを生成する。C60もバーチ還元。例えば、C60は液体アンモニア中でリチウムと反応し、続いてtert-反応、C60H18、C60H32、C60H36などのポリヒドロフラーレンの混合物を生成するこのではC60H32が主ポリヒドロフラーレン、2,3-ジクロロ-5,6-ジシアノ-1,4-ベンゾキノンによって再酸化され、C60が得られる再び60歳。
選択的水素化法が存在する。Cの反応60と9,9′,10,10′-ジヒドロアントラセンを同じ条件下で反応させると、反応時間に応じて、C60H32とC60H18選択的に得られる。 [ 44 ]
Cにはフッ素、塩素、臭素が添加される。60．フッ素原子は1,2-付加反応を起こす2とBr2立体因子により、遠位の C 原子に付加する。例えば、C60Br8およびC60Br24、Br 原子は互いに 1,3- または 1,4- の位置にある。さまざまな条件下で、C60種類が製造可能で、そのうちいくつかは他の可能性のある異性体よりも1つまたは2つの異性体に対して非常に高い選択性を示す。フッ素と塩素の添加は通常、C60フレームワークをドラム型分子に。 [ 44 ]
Cのソリューション60はエポキシドC60Oに酸化される。Cのオゾン化257K の 1,2-キシレン中の60 は中間体オゾニドC60O3C60Oに分解できます。296でのC60O3エポキシドを生成しますが、光分解は O 原子が 5,6-エッジを架橋する生成物を生成します。 [ 44 ]
ディールス・アルダー反応は、 Cを官能基化するためによく用いられる。60．Cの反応60と適切な置換ジエンを組み合わせると、対応する付加物が得られる。
C間のディールス・アルダー反応60と3,6-ジアリール-1,2,4,5-テトラジンからC62．C図62は、4員環が4つの6員環に囲まれた構造を有する。
C60個の分子は[2+2]環化付加反応によって結合され、ダンベル型の化合物Cを120．Cの高速振動粉砕によって結合が実現される。触媒量のKCNを用いて60反応を行う。この反応はC120は2つのCに解離する450K (177°C; 350°F)で加熱すると60分子になる。高圧高温下では、C 60は重合したフラーレン鎖とネットワークを生成する。これらのポリマーは、いったん形成されると常圧および常温で安定しており、室温以上で強磁性を示すなど、非常に興味深い電子特性と磁気特性を有する。 [ 44 ]
Cの反応60フリーラジカルが容易に発生する。60をジスルフィドRSSRと混合すると、混合物に照射するとラジカルC60SR•が
ラジカル種C 60 Y •の安定性は、主にY の立体因子に依存する。tert-ブチルハライドを光分解し、 Cと反応させると、60、可逆的なケージ間C–C結合が形成される： [ 44 ]
シクロプロパン化（ビンゲル反応）は、 Cを官能基化するもう一つの一般的な方法である。60．Cのシクロプロパン化60は主に立体因子により2つの六角形の接合部で発生する。
最初のシクロプロパン化は、β-ブロモマロン酸エステルをCで処理することによって行われた。塩基の存在下では60。シクロプロパン化はジアゾメタン。例えば、ジフェニルジアゾメタンはC60 から化合物C61Ph2。 [ 44 ]フェニル-Cシクロプロパン化によって調製された61-酪酸メチルエステル、有機太陽電池への使用について研究されている。
CのLUMO60は三重縮退しており、HOMO-LUMOCの還元を示唆している。60は、[C60] n−（n=1を生成する穏やかな電位で起こるはずです。バックミンスターフラーレンとそのアニオンの1電子還元の中点電位を以下の表に示します。
C60は、例えばテトラキス（ジメチルアミノ）エチレン様々な電荷移動錯体。
この塩は16Kで強磁性を示す。
C60 は酸化されにくい。超乾燥塩化メチレン[nBu4N][AsF6]のような極めて高い酸化耐性と低い求核性を持つ支持電解質サイクリックボルタンメトリー。 [ 43 ]
C60は、より一般的なアルケンに似た錯体を形成する。モリブデン、タングステン、白金、パラジウム、イリジウム、チタン。ペンタカルボニル種は光化学反応。
白金錯体の場合、不安定なエチレン配位子は熱反応における脱離基となる。
チタン新世の複合体も報告されている。
配位不飽和前駆体、例えばヴァスカ錯体など、Cとの付加体60 :
そのようなイリジウム錯体の一つ、[ Ir(η 2 -C 60 )(CO)Cl(Ph 2 CH 2 C 6 H 4 OCH 2 Ph) 2 ]が合成されており、金属中心はCを包み込む2つの電子豊富な「アーム」を突き出している。60名のゲスト。 [ 45 ]
金属原子またはHなどの特定の小さな分子2希ガスはC60ケージ。これらの内包フラーレンは通常、アーク炉で金属原子をドーピングするか、レーザー蒸着によって合成されます。これらの方法では内包フラーレンの収率が低く、より良い方法としては、ケージを開き、原子または分子を詰め込み、特定の有機反応。しかし、この方法はまだ未成熟であり、この方法で合成された種はごくわずかです。 [ 46 ]
内包型フラーレンは、内包された原子や分子、そしてフラーレン自体とは全く異なる、独特で興味深い化学的性質を示す。内包された原子はC60内部で円運動を行うことが示されている。60個のケージがあり、その動きはNMR分光法。 [ 45 ]
ホウ素フラーレンの予測は、ライス大学の研究者ネビル・シュワッキ、アルタ・サドルザデ、ボリス・ヤコブソンが、C 60と同じ構造で、各六角形の中心にホウ素原子が 1 つ追加された80 個のホウ素原子からなる安定なケージを提案した2007 年に始まった。 [ 47 ]その後の密度汎関数理論計算では、他の 80 個のホウ素原子の配置よりも著しく不安定であることが判明したため、 B 80フラーレンの存在については議論があった。これは、計算された結合長の誤差による可能性がある。2014 年に、より小さな 40 個のホウ素原子の配置 (ボロスフェレン) が観測されたが、C 60の二十面体対称性は欠如していた。[ 48 ]
B 80バッキーボールは、2026 年にブラウン大学のLai-Sheng Wang率いるチームによって初めて観測されました。このチームは、レーザーを使用して、アルゴンと混合したヘリウムキャリアガス中のホウ素ターゲットを蒸発させ、生成されたクラスターを冷却しました。[ 49 ] [ 48 ] [ 50 ] B 80 −アニオンの光電子スペクトルにはいくつかの鋭いピークが見られ、対称構造を示していました。候補構造のうち、バッキーボールのシミュレーションスペクトルのみが実験結果と一致しました。[ 49 ] [ 51 ]
Cの光吸収特性60は太陽スペクトルと一致しており、C60ベースのフィルムは、光起電力用途に有用である可能性がある。高い電子親和性[ 52 ]のため、最も一般的な電子受容体。Cでは最大5.7%の変換効率が報告されている。60 –ポリマーセル。 [ 53 ]
C60は光に敏感なので[ 54 ] Cを残しておく光にさらされると60は分解し、危険になる。光にさらされた60種類の溶液は、癌（腫瘍）の発生につながる可能性がある。 [ 55 ] [ 56 ]したがって、 Cの管理は60種類のヒトが摂取する製品には、非常に暗い環境での製造、不透明なボトルへの封入、暗所での保管、低照度下での摂取、光による問題について警告するラベルの使用など、注意が必要な措置[56]があります。
そうでなければ、ある研究ではC60は通常よりも長く体内に留まり、特に肝臓に蓄積されやすく、そのため有害な健康影響を引き起こす可能性がある。 [ 57 ]
Cマウスにオリーブオイルに溶解した60を投与しても、寿命の延長は見られなかった。 [ 58 ] Cビーグル犬にオリーブオイル60を投与したところ、心血管疾患や脳血管疾患で一般的に上昇するC反応性タンパク質が大幅に減少した。 [ 59 ]
Cを含む多くのオイル60は抗酸化製品として販売されているが、光に対する感受性の問題は回避できず、光によって毒性を持つようになる可能性がある。後の研究では、光にさらされるとC油中に含まれる60は毒性があり、摂取後に癌（腫瘍）を発症するリスクを「大幅に」増加させる。 [ 55 ] [ 56 ]
光による劣化を避けるため、C60種類のオイルは非常に暗い環境で製造され、非常に不透明なボトルに封入され、暗所に保管され、低照度条件下で消費され、 Cに対する光の危険性を警告するラベルが添付されなければならない。60. [ 56 ] [ 54 ]
一部の生産者はCを溶解することができた油による問題を避けるために水60度に浸すが、C光から60なので、同様の注意が必要です。 [ 54 ]
