内嵌放射性金属同位素富勒烯的制备及生物学研究

综述了内嵌放射性金属同位素富勒烯的制备及医用研究现状。内嵌金属富勒烯的制备目前主要采用电弧放电法,但产率还较低;而放射性内嵌金属富勒烯的合成,主要是利用镧系区域的钬、钐和镥等具有合适的中子捕获截面及适当的半衰期的元素首先由电弧法制备,然后在中子的辐照下形成。因中子辐照会破坏碳笼,故放射性内嵌金属富勒烯的产率更低。动物实验是利用BALB/c小鼠和Fischer大鼠进行活体代谢实验,结果表明,放射性钬内嵌金属富勒烯主要分布于骨骼和肝脏,毒性低而靶向性高。放射性内嵌金属富勒烯有望成为新型放射性药物或示踪剂。

内嵌金属富勒烯Ce_(2)@C_(100)与碳纳米环之间的相互作用

铈基金属富勒烯中内嵌的Ce^(3+)([Xe]4f^(1))上存在一个不成对的f电子,导致其具有顺磁性。将铈基金属富勒烯内嵌于大环分子内形成的复合结构,通过限域的方式实现了金属富勒烯的定向排布,因此研究复合物结构中的主客体相互作用可为金属富勒烯基器件的构建提供理论指导。基于密度泛函理论(DFT),使用全氟环对苯撑(PF[12]CPP,主体分子)和铈基金属富勒烯(Ce_(2)@D_(5)(450)-C_(100),客体分子)构建了主客体复合物结构,并对其进行了详尽的研究和分析。计算结果表明Ce_(2)@D_(5)(450)-C_(100)分子倾向于半躺在主体分子的空腔中,且自旋多重度为3时体系有着更好的稳定性。弱相互作用分析显示主客体之间通过π-π相互作用结合,且弱相互作用区域与主客体之间的界面距离有关。这些结果为基于金属富勒烯的主客体体系研究提供了理论支持。

内嵌金属富勒烯的笼外化学修饰

内嵌金属富勒烯以其独特的结构和新奇的性质吸引了众多科学家的目光,对它们进行笼外化学修饰是最近十几年来新兴的研究热点,这对于考察内嵌金属富勒烯的结构及化学物理性质并拓宽其应用范围具有重要意义。本文将内嵌金属富勒烯与各种底物的不同作用分类,以反应类型为线索,详细概括了已发表的内嵌金属富勒烯的各种笼外化学反应,包括各种环化反应、内嵌金属富勒烯与杯芳烃及冠醚的自组装、单键相连的衍生物、水溶性衍生物以及用内嵌金属富勒烯填充碳纳米管等。在对各种化学反应阐述的同时,对内嵌金属富勒烯的可能应用也进行了总结,并提出了自己的看法。

内嵌双钇金属富勒烯Y_2C_2@C_(82)(Ⅲ)和Y_2@C_(82)(Ⅲ)的分子结构

采用直流电弧放电合成和高效液相色谱分离的方法,获得了纯度约95%的内嵌双钇金属富勒烯Y2C2@C82(Ⅲ)和Y2@C82(Ⅲ)。通过对二者进行Vis-NIR、CV、13C NMR和MALDI-TOF MS表征,证实二者都具有C82-C3v(8)碳笼的结构,它们在结构上唯一的不同是在前者的碳笼里存在C2。

内嵌金属富勒烯Sc_(3-x)Y_xN@C_(80)-I_h计算研究

基于密度泛函理论,研究了C80-Ih碳笼的混合三金属氮化物内嵌富勒烯Sc3-xYxN@C80(x=0-3)最稳定的结构规律。计算发现,它们均具有大的结合能和宽的HOMO-LUMO能隙;它们的绝热电子亲和势、电离势具有较大的绝热电子亲合能,且容易被还原;通过前线轨道,基本可以定性判定它们的化合价一致,内嵌团簇均向笼转移了6个电子。红外和拉曼光谱分析发现,Sc3-x YxN@C80(x=0-3)差别体现在内嵌团簇的振动部分,笼的振动基本一致,这主要是因为内嵌团簇向笼转移了相同数目的电子,所以笼的电子结构一致,振动峰就相同;而内嵌团簇由于半径不同,所受应力不同,所对应的振动峰会有位置偏移。随着内嵌金属原子的渐变,揭示了Sc3-xYxN@C80(x=0-3)整体构型及性质变化规律,为进一步实验研究提供理论依据。

钆基富勒烯磁共振成像分子影像探针的研究进展

含有顺磁性金属钆离子及钆团簇的内嵌金属富勒烯(如Gd@C82,Gd@C60和Gd3N@C80)及其衍生物是一类高效的MRI分子影像探针,其造影效率远优于传统钆基螯合物造影剂。重要的是,碳笼的高度稳定性保护了内嵌团簇,使之免受体内代谢物质的进攻和防止了外泄,从而大大提高了其生物安全性。同时,碳笼还是其它生物活性物质或分子影像探针的有效载体,易赋予其多功能性,从而提高疾病检测的灵敏度和准确性。本文介绍了多种钆内嵌金属富勒烯分子影像探针的研究进展,讨论了内嵌金属团簇和笼外化学修饰对其弛豫性能的影响,以及不同的功能基团对其生物相容性和动物体内分布的影响,并展望了其兼具多功能分子影像探针载体的应用前景。

中科院化学所在富勒烯衍生化研究方面取得系列新进展

对富勒烯和金属富勒烯进行笼外修饰能够调控这类功能分子的电子结构性能,是富勒烯化学重要的研究领域之一。最近,在中国科学院、国家自然科学基金委和科技部973项目的大力支持下,中科院化学所分子纳米结构与纳米技术院重点实验室科研人员与厦门大学科学家合作。

新型内嵌混合金属氮化物原子簇富勒烯的合成、结构与性质

内嵌混合金属氮化物原子簇富勒烯的发现极大地扩展了内嵌富勒烯家族。内嵌混合金属氮化物原子簇富勒烯是一类新型的内嵌富勒烯,其内嵌物为由2—3种不同金属组成的氮化物原子簇。本文首先介绍了新型内嵌混合金属氮化物原子簇富勒烯的发现、合成和分离方法,并对目前所分离出来的内嵌混合金属氮化物原子簇富勒烯进行了分类。然后总结了目前报道的内嵌混合金属氮化物原子簇富勒烯的结构表征手段,对于不同的内嵌混合金属氮化物原子簇富勒烯的分子结构分别进行了阐述。最后着重讨论了内嵌混合金属氮化物原子簇富勒烯的特殊电子性质以及物理和化学性质。本文还对内嵌混合金属氮化物原子簇富勒烯潜在的应用前景做了展望,在内嵌具有不同物理性质的2—3种金属原子的基础上,所形成的内嵌混合金属氮化物原子簇富勒烯有可能兼具不同金属原子各自的性质,从而成为多功能综合的功能材料。

金属内嵌富勒烯的制备、分离、表征

本文简单综述了金属内嵌富勒烯的制备、分离和表征的方法和结果,从金属内嵌富勒烯的最初发展进行叙述,结合最新报道的文献内容进行充实,系统地阐释了现阶段金属内嵌富勒烯的发展情况和所进行的代表性成果,并对金属内嵌富勒烯的应用前景和发展空间进行了展望.

内嵌富勒烯的研究进展

内嵌富勒烯由于其结构新颖以及独特而优异的性质在国际上引起持续而广泛的关注,成为近年来的研究热点之一.目前已经研究发现的内嵌富勒烯多达近百种,从惰性气体到碱土金属再到稀土元素都已被成功地嵌入到不同尺寸的碳笼中.其中金属离子或含金属的离子簇内嵌入富勒烯碳笼形成的内嵌金属富勒烯,以其种类丰富、结构多样成为内嵌富勒烯的主要研究对象.本文就近年来研究报道的种类繁多的内嵌富勒烯按其内嵌物类型进行归纳阐述,为今后开发更多新型的内嵌富勒烯提供一定的参考.

金属氮化物富勒烯MSc_2N@C_(76)的计算研究

内嵌金属富勒烯是一类具有新奇性质的富勒烯基化合物.最近,含有七元环的非经典内嵌金属富勒烯被实验报道.然而,因结构的多样性和计算量的挑战性,目前尚无有关非经典内嵌金属富勒烯的系统计算研究.本文采用密度泛函理论方法和拓展的螺旋算法,系统考察了C_(76)的经典结构和非经典结构的内嵌金属氮化物富勒烯MSc_2N@C_(76)(M=Sc,Y,La).结果显示,非经典内嵌金属富勒烯与经典内嵌金属富勒烯是竞争性的,且它们之间可以通过Stone-Wales旋转或C_2插入、挤出而实现相互转化;非经典富勒烯在内嵌金属富勒烯的形成过程中发挥了重要的作用.

Tb@C_(82)异构体的分离及其电化学性质研究

通过制备型高效液相色谱分离获得了Tb@C_(82)的两种同分异构体,依据它们的UV-Vis-NIR吸收光谱推断它们分别具有C_(2v)和C_s对称性的碳笼结构,而且Tb是以+3价的形态内嵌于碳笼中的.电化学研究表明,C_(82)碳笼的对称性对Tb@C_(82)的还原过程的影响较小,而对其氧化过程影响较大.Tb@C_(82)的两种异构体的第一还原电位都比较高,是较好的电子受体材料;而且与Tb@C_(2v)(9)-C_(82)相比,Tb@Cs(6)-C_(82)氧化还原电位更高一些,说明后者比前者具有更好的接受电子能力.此外,我们观察到了Tb@C_(2v)(9)-C_(82)的七对可逆的氧化-还原电位,丰富并修正了前人报道的结果.