Ultrasəs vasitəsilə polihidroksilləşdirilmiş C60 (Fullerenol)
- Fullerenol və ya fullerol adlanan, suda həll olan polihidroksilləşdirilmiş C60 fullereni sərbəst radikalları güclü şəkildə zərərsizləşdirir və buna görə qida əlavələrində və əczaçılıq preparatlarında antioksidant kimi istifadə olunur.
- Ultrasəs hidroksilləşməsi suda həll olan polihidroksilləşdirilmiş C60 istehsal etmək üçün istifadə olunan sürətli və sadə bir mərhələli reaksiyadır.
- Ultrasəs vasitəsilə sintez edilmiş, suda həll olan C60 üstün keyfiyyətə malikdir və əczaçılıqda və yüksək performans tələb edən tətbiqlərdə istifadə olunur.
Polihidroksilləşdirilmiş C60-ın ultrasəs vasitəsilə bir mərhələli sintezi
Ultrasəs kavitasiyası suda həll olan və buna görə əczaçılıqda, tibbdə və sənayedə müxtəlif tətbiqlərdə istifadə edilə bilən yüksək keyfiyyətli polihidroksilləşdirilmiş C60 fullerenlərinin istehsalı üçün üstün üsuldur. Afreen və həmmüəllifləri (2017) çirkləndiricilərdən azad polihidroksilləşdirilmiş C60-ın (fullerenol və ya fullerol kimi də tanınır) sürətli və sadə ultrasəs sintezini işləyib hazırlamışlar. Bir mərhələli ultrasəs reaksiyasında H2O2 istifadə olunur və sintez edilmiş fullerenolda qarışıqlar yaradan əlavə hidroksilləşdirici reagentlərdən, yəni NaOH, H2SO4 və fazalararası ötürmə katalizatorlarından (PTC) istifadə edilmir. Bu, fullerenolun ultrasəs sintezini fullerenol istehsalı üçün daha təmiz bir yanaşmaya çevirir; eyni zamanda, bu, yüksək keyfiyyətli, suda həll olan C60 istehsalının daha asan və daha sürətli yoludur.
Durulaşdırılmış H2O2 (30%) iştirakı ilə fullerenolun ultrasəs dəstəkli sintezində mümkün reaksiya yolları.
mənbə: Afreen və həmmüəllifləri 2017
Suda həll olan C60-ın ultrasəs sintezi – addım-addım
Suda həll olan polihidroksilləşdirilmiş C60-ın sürətli, sadə və ekoloji cəhətdən əlverişli hazırlanması üçün 200 mg təmiz C60 20mL 30% H2O2-yə əlavə edilir və bu qarışığın ultrasəslə emal edildiyi sonikator modelləri UP200Ht və ya UP200St olur. Ultrasəslə emal parametrləri otaq temperaturunda 1 h ərzində impuls rejimində 30% amplituda və 200 W olmuşdur. Qabın daxilindəki temperaturu ətraf mühit temperaturunda saxlamaq üçün reaksiya qabı soyudulan sirkulyasiyalı su hamamına yerləşdirilir. Ultrasəslə emaldan əvvəl C60 sulu H2O2 ilə qarışmır və rəngsiz heterogen qarışıq şəklində olur; bu qarışıq 30 min ultrasəslə emaldan sonra açıq qəhvəyi rəng alır. Daha sonra, növbəti 30 min ultrasəslə emal ərzində tamamilə tünd qəhvəyi dispersiyaya çevrilir.
Hidroksil donoru: Ultrasəs vasitəsilə yaradılan intensiv (= akustik) kavitasiya H2O və H2O2 molekullarından cOH, cOOH və cH kimi radikallar əmələ gətirir. Sulu mühitdə H2O2-dən istifadə fullerenol sintezi üçün yalnız H2O-dan istifadə ilə müqayisədə C60 qəfəsinə –OH qruplarının daxil edilməsi üçün daha səmərəli yanaşmadır. H2O2 ultrasəs hidroksilləşməsinin intensivləşdirilməsində mühüm rol oynayır.
Durulaşdırılmış H2O2 (30%) istifadə etməklə C60-ın ultrasəs hidroksilləşməsi fullerenol hazırlamaq üçün asan və sürətli bir mərhələli reaksiyadır. Reaksiya üçün yalnız qısa müddət tələb edən ultrasəs reaksiyası aşağı enerji tələbatı olan ekoloji cəhətdən əlverişli və təmiz bir yanaşma təklif edir, sintez üçün hər hansı toksik və ya korroziyaya səbəb olan reagentlərdən istifadəni aradan qaldırır və ayırma və təmizləmə üçün tələb olunan həlledicilərin sayını azaldır. Bu yolla ayrılan və təmizlənən birləşmə C60(OH)8∙2H2O-dur.
UP400St (400W, 24kHz) güclü ultrasəs disperseridir
Ultrasəs polihidroksilləşməsinin reaksiya yolu
İntensiv ultrasəs dalğaları mayeyə ötürüldükdə, növbələşən aşağı təzyiq / yüksək təzyiq dövrləri mayedə vakuum qabarcıqları yaradır. Vakuum qabarcıqları bir neçə dövr ərzində daha çox enerji uda bilməyənədək böyüyür və sonra şiddətlə çökür. Qabarcıqların çökməsi zamanı yüksək temperatur və təzyiq fərqləri, zərbə dalğaları, mikroşırnaqlar, turbulentlik, kəsilmə qüvvələri və s. kimi kəskin fiziki təsirlər yaranır. Bu hadisə ultrasəs kavitasiyası və ya akustik kavitasiya adlanır. Ultrasəs kavitasiyasının bu intensiv qüvvələri molekulları cOH və cOOH55 radikallarına parçalayır.
Afreen və həmmüəllifləri (2017) reaksiyanın eyni zamanda iki yol üzrə gedə biləcəyini ehtimal edirlər. Reaktiv oksigen növləri (ROS) olan cOH radikalları C60 qəfəsinə birləşərək fullerenol əmələ gətirir (Yol I) və/və ya –OH və cOOH radikalları nukleofil reaksiyada C60-ın elektron çatışmazlığı olan ikiqat rabitələrinə hücum edir və bu, fulleren epoksidinin əmələ gəlməsinə gətirib çıxarır [C60On] ; bu birləşmə ilk mərhələdə aralıq məhsul kimi yaranır (Yol II) və bu yol Bingel reaksiyasının mexanizminə bənzəyir. Bundan əlavə, cOH-nin (və ya cOOH-nin) SN2 reaksiyası vasitəsilə C60O-ya təkrar hücumu polihidroksilləşdirilmiş fulleren və ya fullerenol ilə nəticələnir.
Təkrar epoksidləşmə baş verə bilər və bu, ardıcıl epoksid qruplarını, məsələn, C60O2 və C60O3 əmələ gətirir. Bu epoksid qrupları sonoliz (= sonokimyəvi parçalanma) zamanı digər aralıq məhsulların, məsələn, hidroksilləşdirilmiş fulleren epoksidinin yaranması üçün mümkün namizədlər ola bilər. Bundan əlavə, C60(OH)xOy halqasının sonradan cOH ilə açılması fullerenolun əmələ gəlməsi ilə nəticələnə bilər. C60 iştirakı ilə H2O2 və ya H2O-nun sonolizi zamanı bu aralıq məhsulların əmələ gəlməsi qaçılmazdır və onların son fullerenolda mövcudluğu (iz miqdarında olsa da) nəzərdən qaçırıla bilməz. Lakin onlar fullerenolda yalnız iz miqdarında mövcud olduğundan, hər hansı əhəmiyyətli təsir göstərmələri gözlənilmir. [Afreen et al., 2017]
Fulleren dispersiyası üçün yüksək performanslı sonikatorlar
Hielscher Ultrasonics xüsusi tələblərinizə uyğun zond tipli sonikatorlar təchiz edir: İstər laboratoriya miqyasında kiçik həcmləri ultrasəslə emal etmək, istərsə də sənaye miqyasında böyük həcmli axın istehsal etmək istəyirsinizsə, Hielscher şirkətinin yüksək performanslı sonikator çeşidi fulleren dispersiyanız üçün mükəmməl həll təklif edir. Ultrasəs cihazlarımızın yüksək çıxış gücü, dəqiq tənzimlənə bilməsi və etibarlılığı proses tələblərinizin yerinə yetirilməsini təmin edir. Rəqəmsal sensor ekranlar və ultrasəs parametrlərinə dair məlumatların inteqrasiya edilmiş SD kartda avtomatik qeydə alınması ultrasəs cihazlarımızın istismarını və idarə olunmasını istifadəçi üçün çox rahat edir.
Hielscher ultrasəs avadanlığının möhkəmliyi yüksək yük altında və çətin mühitlərdə 24/7 işləməyə imkan verir.
Aşağıdakı cədvəl ultrasəs cihazlarımızın təxmini emal gücü barədə məlumat verir:
| Partiyanın həcmi | Həcm sərfi | Tövsiyə olunan cihazlar |
|---|---|---|
| 1–500mL | 10–200mL/min | UP100H |
| 10–2000mL | 20–400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1–20L | 0,2–4L/min | UIP2000hdT |
| 10–100L | 2–10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10–100L/min | UIP16000 |
| n.a. | daha böyük | cihaz qrupu: UIP16000 |
Bizimlə əlaqə saxlayın! / Bizə sual verin!
Laboratoriya miqyasından pilot və sənaye miqyasına qədər yüksək güclü ultrasəs prosessorları.
Ədəbiyyat/İstinadlar
- Sadia Afreen, Kasturi Muthoosamy, Sivakumar Manickam (2018): Sono-nano kimya: Hidroksil qrupları olan polihidroksilləşdirilmiş karbon nanomateriallarının sintezinin yeni dövrü və onların sənaye aspektləri. Ultrasonics Sonochemistry 2018.
- Sadia Afreen, Kasturi Muthoosamy, Sivakumar Manickam (2017): Hidratlaşma, yoxsa hidroksilləşmə: fullerenolun ilkin fullerendən [C60] hidrogen peroksidin iştirakı ilə akustik kavitasiya vasitəsilə birbaşa sintezi. RSC Adv., 2017, 7, 31930–31939.
- Grigory V. Andrievsky, Vadim I. Bruskov, Artem A. Tykhomyrov, Sergey V. Gudkov (2009): Hidratlaşmış C60 fulleren nanostrukturlarının in vitro və in vivo antioksidant və radioprotektiv təsirlərinin xüsusiyyətləri. Free Radical Biology & Medicine 47, 2009. 786–793.
- Mihajlo Gigov, Borivoj Adnađević, Borivoj Adnađević, Jelena D. Jovanovic (2016): Ultrasəs sahəsinin fulleren polihidroksilləşməsinin izotermik kinetikasına təsiri. Science of Sintering 2016, 48(2):259–272.
- Hirotaka Yoshioka, Naoko Yui, Kanaka Yatabe, Hiroto Fujiya, Haruki Musha, Hisateru Niki, Rie Karasawa, Kazuo Yudoh (2016): Polihidroksilləşdirilmiş C60 fullerenləri osteoartrit zamanı nanomolyar konsentrasiyalarda xondrositlərin katabolik aktivliyinin qarşısını alır. Journal of Osteoarthritis 2016, 1:115.
[/toggle]
Bilməyə dəyər faktlar
C60 fullerenləri
C60 fullereni (buckyball və ya Bakminster fullereni kimi də tanınır) 12 beşbucaqlı və 20 altıbucaqlı şəklində düzülmüş 60 karbon atomundan ibarət molekuldur. C60 molekulunun forması futbol topuna bənzəyir. C60 fullerenləri E vitaminindən 100–1000 daha yüksək təsir gücü göstərən qeyri-toksik antioksidantdır. C60 özü suda həll olmasa da, fullerenol kimi suda yüksək dərəcədə həll olan bir çox fulleren törəməsi sintez edilmişdir.
C60 fullerenləri antioksidant və biofarmasevtik preparat kimi istifadə olunur. Digər tətbiqlərə materialşünaslıq, üzvi fotovoltaika (OPV), katalizatorlar, suyun təmizlənməsi və bioloji təhlükələrdən qorunma, daşına bilən enerji mənbələri, nəqliyyat vasitələri və tibbi cihazlar daxildir.
Təmiz C60-ın həllolma qabiliyyəti:
- suda: həll olmur
- dimetilsulfoksiddə (DMSO): həll olmur
- toluolda: həll olur
- benzolda: həll olur
C60 fullerenlərinin səth quruluşu
mənbə: Yoshioka və həmmüəllifləri 2016
Polihidroksilləşdirilmiş C60 / Fullerenollar
Fullerenol və ya fullerollar polihidroksilləşdirilmiş C60 molekullarıdır (hidratlaşmış C60 fullereni: C60HyFn). Hidrolilləşmə reaksiyası C60 molekuluna hidroksil qrupları (-OH) daxil edir. 40-dan çox hidroksil qrupu olan C60 molekulları suda daha yüksək həllolma qabiliyyətinə malikdir (>50 mg/mL). Bunlar suda monodispers nanohissəciklər şəklində mövcuddur və “igid” cilalama təsiri göstərir. Onlar üstün antioksidant və iltihabəleyhinə xüsusiyyətlər nümayiş etdirir. Polihidroksilləşdirilmiş fullerenlər (fullerenollar; C60(OH)n) bəzi spirtlərdə həll edilə və sonra elektrokimyəvi prosesdə çökdürülərək anod üzərində nanokarbon təbəqəsi yarada bilər. Fullerenol təbəqələri bioloji obyektlərə qarşı inert olan biouyğun örtük kimi istifadə olunur və qeyri-bioloji obyektlərin orqanizm toxumalarına inteqrasiyasını asanlaşdıra bilər.
Fullerenolun həllolma qabiliyyəti:
- suda: həll olur, >50 mg/mL səviyyəsinə çata bilər
- dimetilsulfoksiddə (DMSO): həll olur
- metanolda: az həll olur
- toluolda: həll olmur
- benzolda: həll olmur
Rəng: 10-dan çox –OH qrupu daşıyan fullerenol tünd qəhvəyi rəngdə olur. –OH qruplarının sayı artdıqca rəng tədricən tünd qəhvəyidən sarıya keçir.
Müxtəlif həlledicilərdə C60 ilə müqayisədə C60(OH)8.2H2O-nun həllolma qabiliyyətinin həllolma qabiliyyəti. mənbə: Afreen və həmmüəllifləri 2017
Fullerenolların tətbiqləri və istifadəsi:
- Əczaçılıq: Diaqnostik reagentlər, “super dərmanlar”, kosmetika, “tərtibatçı ilə” nüvə maqnit rezonansı (NMR). DNT-yə affinlik, HIV əleyhinə dərmanlar, xərçəng əleyhinə dərmanlar, kimyaterapiya dərmanları, kosmetik əlavələr və elmi tədqiqatlar. İlkin forma ilə müqayisədə polihidroksilləşdirilmiş fullerenlər suda artmış həllolma qabiliyyətinə görə daha çox potensial tətbiqə malikdir. Müəyyən edilmişdir ki, fullerollar bəzi dərmanların kardiotoksikliyini azalda və HIV proteazasını, hepatit C virusunu və hüceyrələrin anormal böyüməsini inhibə edə bilər. Bundan əlavə, onlar fizioloji şəraitdə reaktiv oksigen növlərini və radikalları zərərsizləşdirmək baxımından əla sərbəst radikal tutma qabiliyyəti nümayiş etdirmişlər.
- Enerji: Günəş batareyası, yanacaq elementi, təkrar doldurulan batareya.
- Sənaye: Aşınmaya davamlı material, alovlanmanı ləngidən materiallar, sürtkü materialları, polimer əlavələri, yüksək performanslı membran, katalizator, süni almaz, sərt ərinti, “elektrik özlü maye”, mürəkkəb filtrləri, yüksək performanslı örtüklər, yanmanı ləngidən örtüklər, bioaktiv materialların istehsalı, yaddaş materialları, “yerləşdirilmiş molekulyar və digər xüsusiyyətlər”, kompozit materiallar və s.
- İnformasiya sənayesi: Yarımkeçirici qeyd mühiti, maqnit materialları, çap mürəkkəbi, toner, mürəkkəb, xüsusi təyinatlı kağız.
- Elektron hissələr: İfratkeçirici yarımkeçirici, diodlar, tranzistorlar, induktivlik sarğısı.
- Optik materiallar, elektron kamera, flüoressent ekran borusu, qeyri-xətti optik materiallar.
- Ətraf mühit: Qaz adsorbsiyası, qazın saxlanması.