Endohedral fulleren,
karbon kafesin içinde bir veya daha fazla atom veya moleküller (en basit) içeren
bir fullerene molekülüdür.
Endohedral
fullerenes iki ana gruba ayrılabilir. Birincisi, metal olmayan atomları veya
basit molekülleri içeren endohedral fullerenleri kapsar (örneğin azot, fosfor,
helyum, ksenon, CO, v.s.). İkincisi, metal atomlarını veya karbür, nitrür ve
sülfit metal-içeren kümeleri kapsülleyen endohedral fullerenlerden, yani,
endohedral metalofullerenlerden (EMF) oluşur.
İkinci grup arasında
trimetalik nitrür fullerenler olarak bilinen, özellikle kararlı M3N
içerenler, endohedral fullerenlerin bir alt ailesidir (burada M = Sc, Y veya
bir lantanid metali). Endohedral metalofullerenleri, diğer türevler arasında
özel kılan ayırıcı özelliği, metal atomları ile karbon kasa arasındaki güçlü
verici-alıcı etkileşimidir; metal atomlarının elektronik hali, ortak inorganik
tuzlarda gözlenebilen metal durumuna benzer hale gelir.
Endohedral
fullerenler Mm@Cn, notasyonu ile tanımlanır, burada M
kapsüllenmiş atom veya küme ve alt indisler m ve n sırasıyla bir fulleren
molekülündeki endohedral atomların (veya moleküllerin) sayısını ve karbon
atomlarının sayısını belirtir. La@C82 için IUPAC tarafından tavsiye edilen ismi {82} fulleren-inkar-lantanyum
olup, iLaC82 olarak yazılmalıdır, ancak bu literatürde nadiren kullanılmaktadır.
Endohedral fulleren
üretmek için yöntemler içindeki endohedral partiküllerin doğasına bağlıdır.
Örneğin, inert gaz atomları kapanlanmış (sıkışmış) fullerenler, yüksek
sıcaklıklarda (600-1000 0C) fullerene numuneye yüksek inert gaz
basıncı (birkaç bin atmosfer) uygulayarak üretilir. Bu tür bileşiklere bir
başka yaklaşım da iyon implantasyonudur; fulleren hedefinin hızlandırılmış
istenen element iyonlarıyla bombardıman edilmesi. İyon implantı, azot, fosfor
ve alkali metal atomları ile endohedral fulleren elde etmek için de kullanılır.
Yukarıdaki
yaklaşımlarda endohedral ürünlerin verimi genellikle düşüktür, bu nedenle çok
fazla yalıtım gerekir. Endohedral metalofullerenlerin çoğu farklı bir yol
kullanılarak sentezlenir; helyum atmosferinde ilgili metal oksitler veya
tuzlarla katkılı grafitin ark deşarjı ve lazerle buharlaştırılması yoluyla. Saf
fullerenleri üretmek için geliştirilen ark deşarj metodu, makroskopik
miktarlarda EMF sentezinde kullanılmaktadır. Trimetal nitrat türlerini
sentezlemek için, helyum atmosferine az miktarda azot veya amonyak (yaklaşık %1
hac.) eklenir.
Ampirik kanıtların
büyük bir kısmı, ark-deşarjyla EMF moleküllerinin oluşumunun, hazır latislere
bu atomların rastgele yakalanmasından ziyade, endohedral atomlar etrafında bir
karbon kafesin montajıyla ilerlediğini göstermiştir. Sonuç olarak, oluşan
moleküllerin izomerik dağılımı, oluşturan karbon kafes ile endohedral atomlar
arasındaki verici-alıcı etkileşimlerinden dolayıdır; bu nedenle, endohedral
bileşiklerin yapıları, mevcut saf fullerenlerden farklıdır. C80, C82,
C84 v.s. gibi, daha yüksek fulleren kafeslerin çok arttığı pek çok
durumda izole pentagon kuralına uymayan ürünler bulunur. Skandiyum altgrubunun
metalleri, bazı diğer geçiş metalleri, lantanidler ve alkalin toprak metalleri
ile bir dizi endohedral bileşik bu şekilde elde edilmiştir.
Endohedral
moleküller, kurumdan (is), organik çözücülerle (toluen, o-ksilen, karbon
disülfid, o-diklorobenzen, N,N-dimetilformamid, v.s.) ekstrakt edilerek izole
edilir. Ekstrakt daha sonra çok kademeli yüksek performanslı sıvı
kromatografisi (HPLC) ile ayrılır.
Birçok endohedral
metalofulleren, karbon kafeslerinin açık kabuklu elektronik yapısından dolayı
(izolasyonunu engelleyen), polimerize olabilir. Aynı zamanda, karbon kafesteki
negatif yüke rağmen, bu bileşiklerin bazıları bozulmamış fullerenlere kıyasla
daha belirgin elektron çeken ön-özelliklere sahiptir ve bu nedenle La @ C82
gibi kararlı anyonlar olarak bulunabilirler. Bu bileşiklerin fonksiyonalizasyonuyla,
tek sayıda gruplara sahip kararlı moleküller elde edilir.
Endohedral
metalofulleren kimyası, bir takım türevlerinin farklı kimyasal gruplarla
üretilmesine rağmen, hala tam olarak keşfedilmemiş bir alandır.
Endohedral
metalofullerenlerin en aktif tartışıldığı uygulamalar biyomedikal alanla
ilgilidir. Karbon kafesi, endohedral partiküllerin çevreyle ve dolayısıyla
vücuda olumsuz etkilerine karşı mükemmel koruma sağlar. Bu bağlamda, endohedral
metalofulleren radyoterapi ajanları (eğer radyoaktif endohedral atomlar dahilse),
magnetik rezonans tomografisi (paramagnetik endohedral atomlar durumunda) için
kontrast ajanlar veya başka tür etiketler olarak düşünülebilir. Bu tür
ajanların arzulanan organlara taşınması problemi, uygun gruplarla ekzohedral
fonksiyonalleştirme yoluyla ele alınabilir.
Endohedral
metalofullerenlerin yapısal görünümü
