Fullerene: der besondere KohlenstoffFullerene Schungit

Fullerene sind eine Gruppe sphärischer Moleküle, die neben beispielsweise Graphit und Diamant eine weitere Modifikation des Kohlenstoffs darstellen. Sie wurden 1985 zum ersten Mal nachweislich künstlich hergestellt, noch bevor man ihr natürliches Vorkommen entdeckte. Die heutige Forschung zu Fullerenen richtet ihr Augenmerk unter anderem auf den medizinischen Bereich.

Was sind Fullerene?

Bei Fullerenen handelt es sich um Kohlenstoffmoleküle in sphärischer Form. Es sind verschiedene Varianten dieser Moleküle bekannt, von denen die stabilsten mit den Summenformeln C60, C70, C76, C80, C82, C84, C86, C90 und C94 bezeichnet werden. Das kleinste bekannte Fulleren ist das dodekaedische C20.

Jedes Fulleren setzt sich aus 12 Fünfecken zusammen, die durch eine je nach Art des Moleküls variable Anzahl von Sechsecken ergänzt wird. Dabei entstehen zum Teil Moleküle, die aufgrund ihrer hohen Symmetrie besonders stabil sind. Fulleren wurde zunächst unter Laborbedingungen entdeckt. Inzwischen ist ihr Vorkommen auch in natürlicher Umgebung bekannt. Fullerenmoleküle finden sich beispielsweise in Schungit, einem Stein, der zuerst in Region Karelien, Russland entdeckt wurde.

Außerdem wurden inzwischen Fullerene in planetarem Nebel nachgewiesen, was sie zur größten aktuell bekannten Molekülform im extraterrestischen Weltall macht. Eine bekannte Verwendung von Fullerenen ist der Einsatz in Anti-Aging-Cremes. Die Moleküle sollen freie Radikale binden, die für den Alterungsprozess der Haut verantwortlich gemacht werden. Einen Nachweis dieser Wirkung gibt es aktuell noch nicht.

Schungit ist das einzige Mineral das Fullerene enthält

Das bekannteste und am besten erforschte Fulleren ist das C60, das in seiner natürlichen Form in Schungit vorkommt. Der Stein wurde von Alexander Alexandrowitsch Inostranzew in der Nähe des russischen Dorfes Schunga entdeckt. Von seinem Fundort leitet sich auch der Name ab. Schungit ist seit langem ein Teil der russischen Volksmedizin. Ihm werden unter anderem heilende und reinigende Eigenschaften zugesprochen.

Das im Schungitgestein enthaltene C60-Fulleren ist das am besten erforschte unter den Fullerenen. Dieser Umstand ist auf seine stabile Form zurückzuführen. C60 besteht aus 12 Fünfecken und 20 Sechsecken, die ein abgestumpftes Ikosaeder bilden. Diese Form gehört zu den Archimedischen Körpern und zeichnet sich durch hohe Symmetrie und daraus folgende Stabilität aus. Auch bei der Synthese von Fullerenen ist C60 das häufigste Molekül, was seine Erforschung begünstigt. Das C60 wird aufgrund seiner Struktur auch Fußballmolekül genannt. Die Zusammensetzung von 12 Fünfecken und 20 Sechsecken sorgt auch bei Fußbällen für eine stabile und annähernd runde Form.

Die vielen Namen der Fullerene

Die Fullerene insgesamt haben ihren Namen Richard Buckminster Fuller zu verdanken. Der US-amerikanische Architekt war für die Konstruktion geodätischer Kuppeln bekannt. Die Ähnlichkeit zwischen Form dieser Kuppeln und der Struktur der Fullerene führte zu der gängigen und heute offiziellen Benennung.

In Anlehnung an Richard Buckminster Fuller werden die Fullerene auch Buckminster-Fullerene oder im Englischen buckyballs genannt. Die Bezeichnung als Fullerene wurde lange Zeit nicht anerkannt. Erst seit 2002 lässt die IUPAC, die für verbindliche Empfehlungen zur Nomenklatur chemischer Elemente zuständig ist, die Begriffe Fulleran, Fulleren und Fulleroid als Trivialnamen zu. Das vereinfacht die Sprache der Forschung enorm, denn bis dahin lautete die korrekte, IUPAC-konforme Bezeichnung für das C60-Fulleren Hentriacontacyclo-triaconten.

Geschichte der Forschung

Die erste wissenschaftliche Publikation, die sich mit den heute bekannten Fullerenmolekülen und ihrer Struktur befasst, stammt von Eiji Osawa, einem japanischen Chemiker. In seiner Arbeit postuliert er die Existenz der später Fullerene, genannten  Moleküle und berechnet ihre Struktur.

Auf Grundlage dieser 1970 erschienenen Publikation gelang es 1985 dem britisch-US-amerikanischen Forscherteam um Robert F. Curl jr., Sir Harold W. Kroto und Richard E. Smalley, Fullerene synthetisch herzustellen. Bei einem Druck von 10 bar wurde unter einer Heliumathmospähre eine sich drehende Graphitscheibe mit einem pulsierenden Laser bestrahlt. Das Ergebnis der Bestrahlung war die Entstehung penta- und hexagonaler Strukturen im Kohlenstoff, die sich bei Auslassung des Heliums zu Fullerenen verbanden. Dieser Erfolg gilt als wissenschaftlicher Durchbruch und wurde 1996 mit dem Nobelpreis in Chemie honoriert.

1990 wurde das Verfahren von Curl, Kroto und Smalley durch das Forscherteam von Konstantinos Fostiropoulos, Wolfgang Krätschmer und Donald Huffman weiterentwickelt. Sie nutzen die Verdampfung von Graphit im Lichtbogen, um ein Ruß zu gewinnen, in dem laut Analyse bis zu 15 Prozent Fullerene enthalten sind. Das Lichtbogenverfahren ist damit deutlich effizienter als sein Vorgänger. Nachdem die synthetische Herstellung von Fullerenen möglich war, wurde die Molekülstruktur auch in natürlicher Umgebung gefunden. Unter anderem enthalten Fulgurit- und Schungitgestein die Kohlenstoffmoleküle.

2010 gelang es, in planetarischem Nebel Fullerene nachzuweise. Den Ausschlag gaben Infrarotaufnahmen des Weltraumteleskops Spitzer. Damit sind Fullerene heute die größten bekannten Moleküle im All.

Bedeutung der Fullerene

Das Fullerene in der Chemie große Aufmerksamkeit genießen, ist unter anderem darauf zurückzuführen, dass Kohlenstoffverbindungen die Grundlage für terrestisches Leben bilden. Mit der Entdeckung der Fullerene bieten sich neue Betrachtungsmöglichkeiten, was die Zusammensetzung von Lebensformen betrifft.

Durch diesen direkten Zusammenhang zum Leben auf der Erde sind Fullerene auch für den medizinischen Bereich interessant. Die Wirkung der bereits erwähnten Anti-Aging-Cremes ist zwar derzeit noch nicht erwiesen, allerdings gibt es den Nachweis, dass die orale Aufnahme von gelösten Fullerenen auf den Alterungsprozess bei Ratten massiven Einfluss hat. Die Lebensspanne der Versuchstiere wurde teilweise nahezu verdoppelt. Auch der erfolgreiche Einsatz von Fullerenen in der russischen Volksmedizin (in Form von Schungit) spricht für die Möglichkeit, dass die Kohlenstoffmoleküle maßgeblichen Einfluss auf das körperliche Befinden ausüben.

Heilende Eigenschaften von Fullerenen

Fullerene haben noch eine sehr wertvolle biologische Eigenschaft – sie sind ein wunderbares Antitoxin. Dazu muss man sagen, dass die Liste jener Gifte und Toxine, die Fullerene neutralisieren können, enorm groß ist. Wissenschaftler haben wiederholt darauf hingewiesen, dass die menschliche Lebensdauer heute am ehesten dadurch verlängert werden kann, dass man die Zellen des Körpers mit Antioxidantien sättigt. Dank der Entwicklung neuer Verfahren, die auf den wunderbaren Eigenschaften von Fullerenen basieren, kann so eine durchschnittliche Lebensdauer von rund 100 Jahren erreicht werden. Es wäre sinnvoll, zu diesem Zweck Schungit und Edelschungit einzusetzen.

Jede Zelle des menschlichen Körpers muss notwendigerweise Antioxidantien enthalten – Substanzen, die das „Oxidieren“ des Körpers verhindern. In der Tat ist der Alterungsprozess ein Prozess der Zelloxidation im Körper. Wenn wir jedes Mal Luft einatmen, werden wir älter. Ein hoher Anteil an Antioxidantien in den Zellen unseres Körpers beugt der vorzeitigen Alterung vor und lässt uns länger jung und gesund bleiben. Umgekehrt führt ein Mangel an Antioxidantien in den Zellen unweigerlich zu vorzeitiger Alterung, regelmäßigen Funktionsstörungen der wichtigen inneren Organe und Systeme im menschlichen Körper.

Die leistungsfähigsten Antioxidantien, die der Wissenschaft heute bekannt sind, sind die Fullerene, welche das Mineral Schungit enthält. Das heißt, Schungit besitzt die Fähigkeit, unseren Alterungsprozess zu verlangsamen oder zu verschieben! Schungit Wasser ist für den Zweck Fullerene aufzunehmen ist eine effektive Möglichkeit den Alterungsprozess entgegenzuwirken.

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