Ултразвуково полихидроксилиран C60 (фулеренол)
- Водоразтворимият полихидроксилиран фулерен C60, наречен фулеренол или фулерол, е силен чистач на свободни радикали и поради това се използва като антиоксидант в добавки и фармацевтични продукти.
- Ултразвуковото хидроксилиране е бърза и проста едноетапна реакция, която се използва за получаване на водоразтворим полихидроксилиран C60.
- Ултразвуково синтезираният водоразтворим C60 има превъзходно качество и се използва за фармацевтични и високоефективни приложения.
Ултразвуков едноетапен синтез на полихидролксилиран C60
Ултразвуковата кавитация е превъзходната техника за производство на висококачествени полихидроксилирани C60 фулерени, които са водоразтворими и следователно могат да се използват в различни приложения във фармацията, медицината и индустрията. Afreen et al (2017) са разработили бърз и прост ултразвуков синтез на полихидроксилиран C60 без замърсяване (известен също като фулеренол или фулерол). Ултразвуковата едноетапна реакция използва H2O2 и не съдържа използването на допълнителни хидроксилиращи реагенти, т.е. NaOH, H2SO4 и катализатори за фазов трансфер (PTC), които причиняват примеси в синтезирания фулеренол. Това прави ултразвуковия синтез на фулеренол по-чист подход за производство на фулеренол; в същото време това е по-лесен и по-бърз начин за производство на висококачествен, водоразтворим C60.

Възможни реакционни пътища в ултразвуковия синтез на фулеренол в присъствието на dil. H2O2 (30%).
източник: Afreen et al. 2017
Ултразвуков синтез на водоразтворим C60 – Подробни
За бързото, просто и зелено приготвяне на полихидроксилиран C60, който е водоразтворим, 200 mg чист C60 се добавят към 20 ml 30% H2O2 и се озвучават с моделите на ултразвука UP200Ht или UP200St. Параметрите на ултразвука са 30% амплитуда, 200 W в импулсен режим за 1 час при стайна температура. Реакционният съд се поставя в хладилна циркулационна водна баня, за да се поддържа температурата вътре в съда на стайна температура. Преди ултразвука C60 не се смесва във воден H2O2 и представлява безцветна хетерогенна смес, която придобива светлокафяв цвят след 30 минути ултразвук. Впоследствие, в следващите 30 минути ултразвук, той се превръща в напълно тъмнокафява дисперсия.
Хидроксилен донор: Интензивната ултразвуково генерирана (= акустична) кавитация създава радикали като cOH, cOOH и cH от молекули H2O и H2O2. Използването на H2O2 във водни среди е по-ефективен подход за въвеждане на –OH групи в клетката C60, отколкото само използването на H2O за синтез на фулеренол. H2O2 играе важна роля в интензификацията на ултразвуковото хидроксилиране.
Ултразвуково хидроксилиране на C60 с помощта на dil. H2O2 (30%) е лесна и бърза реакция в една стъпка за приготвяне на фулеренол. Изисквайки само кратко време за реакцията, ултразвуковата реакция предлага екологичен и чист подход с ниски енергийни изисквания, като се избягва използването на токсични или корозивни реагенти за синтеза и се намалява броят на разтворителите, необходими за разделянето и пречистването на C60(OH)8∙2 часа2O.

UP400St (400W, 24kHz) е мощен ултразвуков диспергатор
Ултразвуков път на полихидроксилиране
Когато интензивните ултразвукови вълни са свързани в течност, редуващи се цикли на ниско / високо налягане създават вакуумни мехурчета в течността. Вакуумните мехурчета растат в продължение на няколко цикъла, докато не могат да абсорбират повече енергия, така че се срутват силно. По време на колапса на балона се наблюдават екстремни физически ефекти като високи температурни и налягателни разлики, ударни вълни, микроструи, турбуленции, сили на срязване и др. Това явление е известно като ултразвуково или Акустична кавитация. Тези интензивни сили на ултразвукова кавитация разлагат молекулите до радикали cOH и cOOH55.
Afreen et al. (2017) приемат, че реакцията може да прогресира по два пътя едновременно. cOH радикалите като реактивни кислородни видове (ROS) се прикрепят към клетката C60, за да дадат фулеренол (път I) и/или –OH и cOOH радикалите атакуват двойните връзки C60 с недостиг на електрони в нуклеофилна реакция и това води до образуването на фулерен епоксид [C60On] като междинен продукт в първия етап (път II), който е подобен на механизма на реакцията на Бингел. Освен това, повтарящата се атака на cOH (или cOOH) върху C60O чрез SN2 реакция води до полихидроксилиран фулерен или фулеренол.
Може да се извърши повторна епоксидация, при която се получават последователни епоксидни групи, например C60O2 и C60O3. Тези епоксидни групи могат да бъдат възможни кандидати за генериране на други междинни продукти, например хидроксилиран фулерен епоксид по време на сонолиза (= сонохимично разлагане). Освен това, последващото отваряне на пръстена на C60(OH)xOy с cOH може да доведе до образуването на фулеренол. Образуването на тези междинни продукти по време на сонолиза на H2O2 или H2O в присъствието на C60 е неизбежно и тяхното присъствие в крайния фулеренол (макар и в следово количество) не може да остане незабелязано. Въпреки това, тъй като те присъстват само в следи от фулеренола, не се очаква да причинят значително въздействие. [Африн и др., 2017]
Високоефективни соникатори за фулеренова дисперсия
Hielscher Ultrasonics доставя сондови ултразвукови апарати за вашите специфични изисквания: Независимо дали искате да ултразвуквате малки обеми в лабораторен мащаб или да произвеждате поток от големи обеми в промишлен мащаб, портфолиото от високопроизводителни ултразвукораздвижители на Hielscher предлага идеалното решение за вашата фулеренова дисперсия. Високата изходна мощност, прецизната регулируемост и надеждността на нашите ултразвукови уреди гарантират, че вашите изисквания за процес са изпълнени. Цифровите сензорни екрани и автоматичният запис на ултразвуковите параметри на вградена SD карта правят работата и управлението на нашите ултразвукови устройства много лесни за използване.
Здравината на ултразвуковото оборудване на Hielscher позволява 24/7 работа при тежки натоварвания и в взискателни среди.
Таблицата по-долу ви дава представа за приблизителния капацитет на обработка на нашите ултразвукови апарати:
Обем на партидата | Дебит | Препоръчителни устройства |
---|---|---|
1 до 500 мл | 10 до 200 мл/мин | UP100H |
10 до 2000 мл | 20 до 400 мл/мин | UP200Ht, UP400St |
0.1 до 20L | 0.2 до 4 л/мин | UIP2000hdT |
10 до 100L | 2 до 10 л/мин | UIP4000hdT |
Н.А. | 10 до 100 л/мин | UIP16000 |
Н.А. | Голям | Клъстер от UIP16000 |
Свържете се с нас! / Попитайте ни!
Литература/Препратки
- Садия Африн, Кастури Мутусами, Сивакумар Маникам (2018): Соно-нано химия: Нова ера на синтезиране на полихидроксилирани въглеродни наноматериали с хидроксилни групи и техните индустриални аспекти. Ултразвукова сонохимия 2018.
- Садия Африн, Кастури Мутхусами, Сивакумар Маникам (2017): Хидратация или хидроксилиране: директен синтез на фулеренол от девствен фулерен [C60] чрез акустична кавитация в присъствието на водороден прекис. RSC Adv., 2017, 7, 31930–31939.
- Григорий В. Андриевски, Вадим И. Брусков, Артьом А. Тихомиров, Сергей В. Гудков (2009): Особености на антиоксидантните и радиопротективните ефекти на хидратираните С60 фулеренови нанокапсули in vitro и in vivo. Биология на свободните радикали & Медицина 47, 2009. 786–793.
- Михайло Гигов, Боривой Аднаджевич, Боровой Аднаджевич, Йелена Д. Йованович (2016): Ефект на ултразвуковото поле върху изотермичната кинетика на фулереновото полихидроксилиране. Наука за синтероване 2016, 48(2):259-272.
- Хиротака Йошиока, Наоко Юи, Канака Ятабе, Хирото Фуджия, Харуки Муша, Хисатеру Ники, Рие Карасава, Казуо Юдо (2016): Полихидроксилирани фулерени C60 предотвратяват катаболната активност на хондроцитите при наномоларни концентрации при остеоартрит. Вестник за остеоартрит 2016, 1:115.
[/toggle]
Факти, които си струва да знаете
C60 Фулерени
Фулерен C60 (известен също като бъкибол или фулерен на Бъкминстър) е молекула, която е изградена от 60 въглеродни атома, подредени като 12 петоъгълника и 20 шестоъгълника. Формата на молекула C60 наподобява футболна топка. Фулерените C60 са нетоксичен антиоксидант, показващ потентност със 100-1000 по-висока от витамин Е. Въпреки че самият C60 не е водоразтворим, са синтезирани много силно водоразтворими фулеренови производни като фуленерол.
Фулерените C60 се използват като антиоксидант и като биофармацевтично средство. Други приложения включват материалознание, органични фотоволтаици (OPV), катализатори, пречистване на вода и защита от биологични опасности, преносимо захранване, превозни средства и медицински устройства.
Разтворимост на чист C60:
- във вода: не е разтворим
- в диметилсулфоксид (DMSO): не е разтворим
- В толуен: разтворим
- в бензол: разтворим
Полихидроксилиран C60 / Фуленероли
Фулернеролът или фулеролите са полихидроксилирани молекули на С60 (хидратиран С60 фулерен: С60HyFn). Реакцията на хидролилиране въвежда хидроксилни групи (-OH) към молекулата C60. Молекулите C60 с над 40 хидроксилни групи имат по-висока разтворимост във вода (>50 mg/ml). Те съществуват като монодисперсни наночастици във вода и имат доблестен полиращ ефект. Те проявяват превъзходни антиоксидантни и противовъзпалителни свойства. Полихидроксилирани фулерени (фулереноли; C60(OH)n) може да се разтвори в някои алкохоли и след това да се утаи в електрохимичен процес, създавайки нановъглероден филм върху анода. Фулеренолните филми се използват като биосъвместимо покритие, инертно към биологични обекти и могат да улеснят интегрирането на небиологични обекти в телесните тъкани.
Разтворимост на фуленерола:
- във вода: разтворим, може да достигне >50 mg/ml
- в диметилсулфоксид (DMSO): разтворим
- в метанол: слабо разтворим
- в толуен: не е разтворим
- в бензол: не е разтворим
Цвят: Фулеренолът, носещ повече от 10 –OH групи, показва тъмнокафяв цвят. С увеличаване на броя на –OH групите цветът постепенно се променя от тъмнокафяв към жълт.

Разтворимост на разтворимост на C60(OH)8.2H2O в сравнение с C60 в различни разтворители. източник: Afreen et al. 2017
Приложения и употреба на фулереноли:
- Фармацевтика: Диагностични реактиви, супер лекарства, козметика, ядрено-магнитен резонанс (ЯМР) с разработчика. ДНК афинитет, анти-ХИВ лекарства, противоракови лекарства, химиотерапевтични лекарства, козметични добавки и научни изследвания. В сравнение с девствената форма, полихидроксилираните фулерени имат повече потенциални приложения поради подобрената си разтворимост във вода. Установено е, че фулеролите могат да намалят кардиотоксичността на някои лекарства и да инхибират ХИВ-протеазата, вируса на хепатит С и анормалния растеж на клетките. Освен това те показват отлични способности за изчистване на свободни радикали срещу реактивни кислородни видове и радикали при физиологични условия.
- Енергия: Слънчева батерия, горивна клетка, вторична батерия.
- Индустрия: Устойчив на износване материал, огнеупорни материали, смазочни материали, полимерни добавки, високоефективна мембрана, катализатор, изкуствен диамант, твърда сплав, електрическа вискозна течност, филтри за мастило, високоефективни покрития, огнезащитни покрития, производство на биоактивни материали, материали за памет, вградени молекулярни и други характеристики, композитни материали и др.
- Информационна индустрия: Полупроводникови носители, магнитни материали, печатарско мастило, тонер, мастило, хартия със специално предназначение.
- Електронни части: Свръхпроводящ полупроводник, диоди, транзистори, индуктор.
- Оптични материали, електронна камера, флуоресцентна дисплейна тръба, нелинейни оптични материали.
- Околна среда: Адсорбция на газ, съхранение на газ.