Ultraheli polühüdroksüülitud C60 (fullerenool)
- Vees lahustuv polühüdroksüülitud C60 fullereen, mida nimetatakse fullerenooliks või fullerooliks, on tugev vabade radikaalide püüdja ja seetõttu kasutatakse seda antioksüdandina toidulisandites ja ravimites.
- Ultraheli hüdroksüülimine on kiire ja lihtne üheastmeline reaktsioon, mida kasutatakse vees lahustuva polühüdroksüülitud C60 tootmiseks.
- Ultraheli sünteesitud vees lahustuv C60 on suurepärase kvaliteediga ja seda kasutatakse farmaatsias ja suure jõudlusega rakendustes.
Polühüdrolksüleeritud C60 ultraheli üheastmeline süntees
Ultraheli kavitatsioon on suurepärane tehnika kvaliteetsete polühüdroksüülitud C60 fullereenide tootmiseks, mis on vees lahustuvad ja mida saab seetõttu kasutada mitmesugustes rakendustes farmaatsias, meditsiinis ja tööstuses. Afreen jt (2017) on välja töötanud kiire ja lihtsa ultraheli sünteesi saastevaba polühüdroksüülitud C60 (tuntud ka kui fullerenool või fullerool). Ultraheli üheastmeline reaktsioon kasutab H2O2 ja ei sisalda täiendavaid hüdroksüülivaid reaktiive, st NaOH, H2SO4 ja faasiülekande katalüsaatoreid (PTC), mis põhjustavad sünteesitud fullerenoolis lisandeid. See muudab ultraheli fullerenooli sünteesi puhtamaks lähenemiseks fullerenooli tootmiseks; samal ajal on see lihtsam ja kiirem viis kvaliteetse, vees lahustuva C60 tootmiseks.
Võimalikud reaktsiooniteed fullerenooli ultraheli abil sünteesil dil. H2O2 (30%).
allikas: Afreen et al. 2017
vees lahustuva C60 ultraheli süntees – Step-by-step
Vees lahustuva polühüdroksüülitud C60 kiire, lihtsa ja rohelise preparaadi jaoks lisatakse 20 ml 30% H2O2-le 200 mg puhast C60 ja töödeldakse ultraheliga sonikaatori mudelitega UP200Ht või UP200St. Ultrahelitöötluse parameetrid olid 30% amplituud, 200 W impulssrežiimis 1 tund toatemperatuuril. Reaktsioonianum asetatakse jahutatud vereringe veevanni, et hoida anuma sisetemperatuuri ümbritseva õhu temperatuuril. Enne ultrahelitöötlust on C60 H2O2 vesilahuses segunematu ja on värvitu heterogeenne segu, mis muutub helepruuniks pärast 30-minutilist ultraheliuuringut. Seejärel muutub järgmise 30 minuti jooksul ultraheli täiesti tumepruuniks dispersiooniks.
Hüdroksüüldoonor: Intensiivne ultraheli genereeritud (= akustiline) kavitatsioon tekitab radikaale nagu cOH, cOOH ja cH H2O ja H2O2 molekulidest. H2O2 kasutamine vesikeskkonnas on tõhusam lähenemisviis OH-rühmade viimiseks C60 puuri, selle asemel et kasutada H2O-d ainult fullerenooli sünteesiks. H2O2 mängib olulist rolli ultraheli hüdroksüülimise intensiivistamisel.
C60 ultraheli hüdroksüülimine, kasutades dil. H2O2 (30%) on facile ja kiire üheastmeline reaktsioon fullerenooli valmistamiseks. Reaktsiooni jaoks on vaja vaid lühikest aega, ultraheli reaktsioon pakub rohelist ja puhast lähenemist, millel on madal energiavajadus, vältides sünteesiks mürgiste või söövitavate reaktiivide kasutamist ning vähendades C60 (OH) eraldamiseks ja puhastamiseks vajalike lahustite arvu8∙2H2O.
UP400St (400W, 24kHz) on võimas ultraheli dispergeerija
Ultraheli polühüdroksülatsiooni rada
Kui intensiivsed ultraheli lained on ühendatud vedelikuga, tekitavad vahelduvad madala rõhu / kõrgsurve tsüklid vedelikus vaakummulle. Vaakummullid kasvavad mitme tsükli jooksul, kuni nad ei suuda rohkem energiat absorbeerida, nii et nad varisevad ägedalt kokku. Mullide kokkuvarisemise ajal äärmuslikud füüsilised mõjud, nagu kõrge temperatuuri ja rõhu erinevused, lööklained, mikrojetid, turbulentsi, nihkejõud jne. Seda nähtust nimetatakse ultraheli või akustiline kavitatsioon. Need ultraheli kavitatsiooni intensiivsed jõud lagundavad molekulid cOH ja cOOH55 radikaalideks.
(2017) eeldavad, et reaktsioon võib areneda samaaegselt kahel rajal. cOH radikaalid kui reaktiivsed hapnikuliigid (ROS) kinnituvad C60 puuri, et saada fullerenooli (tee I), ja/või –OH ja cOOH radikaalid ründavad elektroni puudulikkusega C60 kaksiksidemeid nukleofiilses reaktsioonis ja see viib fullereenepoksiidi [C60On] moodustumiseni vaheühendina esimeses etapis (tee II), mis on sarnane Büeli reaktsiooni mehhanismiga. Lisaks põhjustab cOH (või cOOH) korduv rünnak C60O-le SN2 reaktsiooni kaudu polühüdroksüülitud fullereeni või fullerenooli.
Võib toimuda korduv epoksüdatsioon, mille käigus tekivad järjestikused epoksiidirühmad, nt C60O2 ja C60O3. Need epoksiidirühmad võivad olla võimalikud kandidaadid teiste vaheühendite, nt hüdroksüülitud fullereenepoksiidi tekitamiseks sonolüüsi ajal (= sonokeemiline lagunemine). Lisaks võib C60(OH)xOy järgnev rõnga avamine cOH-ga põhjustada fullerenooli moodustumist. Nende vaheühendite moodustumine H2O2 või H2O sonolüüsi ajal C60 juuresolekul on vältimatu ja nende esinemine lõplikus fullerenoolis (kuigi jälgedes) ei saa jääda märkimata. Kuna need esinevad fullerenoolis vaid jälgedena, ei põhjusta need eeldatavasti märkimisväärset mõju. [Afreen et al., 2017]
Suure jõudlusega sonikaatorid fullereeni dispersiooniks
Hielscher Ultrasonics tarnib sondi tüüpi sonikaatoreid teie konkreetsete nõuete jaoks: Kas soovite sonikeerida väikeseid koguseid laboriskaalal või toota suure mahuga voolu tööstuslikus mastaabis, pakub Hielscheri suure jõudlusega sonikaatorite portfell ideaalset lahendust teie fullereeni dispersioonile. Meie ultrasonikaatorite suur võimsus, täpne reguleeritavus ja usaldusväärsus tagavad, et teie protsessinõuded on täidetud. Digitaalsed puutetundlikud ekraanid ja ultraheli parameetrite automaatne salvestamine integreeritud SD-kaardile muudavad meie ultraheli seadmete toimimise ja kontrolli väga kasutajasõbralikuks.
Hielscheri ultraheli seadmete töökindlus võimaldab 24/7 operatsiooni raskeveokite ja nõudlikes keskkondades.
Allolev tabel annab teile ülevaate meie ultrasonikaatorite ligikaudsest töötlemisvõimsusest:
| Partii maht | Voolukiirus | Soovitatavad seadmed |
|---|---|---|
| 1 kuni 500 ml | 10 kuni 200 ml / min | UP100H |
| 10 kuni 2000 ml | 20 kuni 400 ml / min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 kuni 20L | 0.2 kuni 4L / min | UIP2000hdT |
| 10 kuni 100L | 2 kuni 10L/min | UIP4000hdT |
| mujal liigitamata | 10 kuni 100 L / min | UIP16000 |
| mujal liigitamata | Suurem | klaster UIP16000 |
Võta meiega ühendust! / Küsi meilt!
Suure võimsusega ultraheli protsessorid laborist piloot- ja tööstuslikus mastaabis.
Kirjandus / viited
- Sadia Afreen, Kasturi Muthoosamy, Sivakumar Manickam (2018): Sono-nano keemia: uus ajastu hüdroksüülrühmade ja nende tööstuslike aspektidega polühüdroksüülitud süsiniknanomaterjalide sünteesimisel. Ultraheli Sonochemistry 2018.
- Sadia Afreen, Kasturi Muthoosamy, Sivakumar Manickam (2017): Hüdratatsioon või hüdroksüülimine: fullerenooli otsene süntees põlisest fullereenist [C60] akustilise kavitatsiooni kaudu vesinikperoksiidi juuresolekul. RSC Adv., 2017, 7, 31930–31939.
- Grigory V. Andrievsky, Vadim I. Bruskov, Artem A. Tykhomyrov, Sergei V. Gudkov (2009): hüdreeritud C60 fullereeni nanostuktuuride antioksüdantide ja radioprotektiivsete mõjude iseärasused in vitro ja in vivo. Vabade radikaalide bioloogia & Meditsiin 47, 2009. 786–793.
- Mihajlo Gigov, Borivoj Adnađević, Borivoj Adnađević, Jelena D. Jovanovic (2016): Ultraheli välja mõju fullereeni polühüdroksüülimise isotermilisele kineetikale. Paagutamise teadus 2016, 48(2):259-272.
- Hirotaka Yoshioka, Naoko Yui, Kanaka Yatabe, Hiroto Fujiya, Haruki Musha, Hisateru Niki, Rie Karasawa, Kazuo Yudoh (2016): Polühüdroksüülitud C60 fullereenid takistavad kondrotsüütide kataboolset aktiivsust osteoartriidi nanomolaarsetes kontsentratsioonides. Osteoartriidi ajakiri 2016, 1:115.
[/lüliti]
Faktid, mida tasub teada
C60 Fullereenid
C60 fullereen (tuntud ka kui buckyball või Buckminster fullerene) on molekul, mis on ehitatud 60 süsinikuaatomist, mis on paigutatud 12 viisnurga ja 20 kuusnurgana. C60 molekuli kuju meenutab jalgpalli palli. C60 fullereenid on mittetoksilised antioksüdandid, mille tugevus on 100–1000 kõrgem kui E-vitamiinil. Kuigi C60 ise ei ole vees lahustuv, on sünteesitud palju vees lahustuvaid fullereeni derivaate, näiteks fullenerooli.
C60 fullereene kasutatakse antioksüdandina ja biofarmatseutilisena. Muud rakendused hõlmavad materjaliteadust, orgaanilist fotogalvaanikat (OPV), katalüsaatoreid vee puhastamisel ja bioloogilise ohu kaitsel, kaasaskantavat energiat, sõidukeid ja meditsiiniseadmeid.
Puhta C60 lahustuvus:
- Vees: ei lahustu
- dimetüülsulfoksiidis (DMSO): ei lahustu
- tolueenis: lahustuv
- benseenis: lahustuv
C60 fullereenide pinna struktuur
allikas: Yoshioka et al. 2016
Polühüdroksüülitud C60 / fullenoolid
Fullernerool või fulleroolid on polühüdroksüülitud C60 molekulid (hüdraatunud C60 fullereen: C60HyFn). Hüdrolüülimisreaktsioon viib hüdroksüülrühmad (-OH) C60 molekuli. C60 molekulidel, millel on üle 40 hüdroksüülrühma, on suurem lahustuvus vees (>50 mg/ml). Need eksisteerivad vees monodisperssete nanoosakestena ja neil on vapper poleeriv toime. Neil on suurepärased antioksüdandid ja põletikuvastased omadused. Polühüdroksüülitud fullereenid (fullerenoolid; C60(OH)n) võib lahustada mõnes alkoholis ja seejärel sadestada elektrokeemilises protsessis, tekitades anoodile nanosüsinikkile. Fullerenoolkilesid kasutatakse bioühilduva kattena, mis on inertne bioloogiliste objektide suhtes ja võib hõlbustada mittebioloogiliste objektide integreerimist kehakudedesse.
Fullererooli lahustuvus:
- Vees: lahustuv, võib jõuda >50 mg/ml
- dimetüülsulfoksiidis (DMSO): lahustuv
- metanoolis: vähelahustuv
- tolueenis: ei lahustu
- benseenis: ei lahustu
Värv: Fullerenoolil, millel on rohkem kui 10 -OH rühma, on tumepruun värvus. Üha suurema arvu -OH rühmade korral muutub värv järk-järgult tumepruunist kollaseks.
C60(OH)8.2H2O lahustuvus võrreldes C60-ga erinevates lahustites. allikas: Afreen et al. 2017
Fullerenoolide rakendused ja kasutamine:
- Farmatseutilised: diagnostilised reaktiivid, superravimid, kosmeetika, tuumamagnetresonants (NMR) arendajaga. DNA afiinsus, HIV-vastased ravimid, vähivastased ravimid, keemiaravi ravimid, kosmeetikalisandid ja teadusuuringud. Võrreldes põlise vormiga on polühüdroksüülitud fullereenidel rohkem potentsiaalseid rakendusi tänu nende suuremale vees lahustuvusele. On leitud, et fulleroolid võivad vähendada mõnede ravimite kardiotoksilisust ja pärssida HIV-proteaasi, C-hepatiidi viirust ja rakkude ebanormaalset kasvu. Lisaks näitasid nad füsioloogilistes tingimustes suurepäraseid vabade radikaalide puhastamise võimeid reaktiivsete hapnikuliikide ja radikaalide vastu.
- Energia: Päikesepatarei, kütuseelement, sekundaaraku.
- Tööstus: kulumiskindel materjal, leegiaeglustavad materjalid, määrdeained, polümeerlisandid, suure jõudlusega membraan, katalüsaator, kunstlik teemant, kõvasulam, elektriline viskoosne vedelik, tindifiltrid, suure jõudlusega katted, tulekindlad katted, bioaktiivsete materjalide tootmine, mälumaterjalid, sisseehitatud molekulaarsed ja muud omadused, komposiitmaterjalid jne.
- Infotööstus: Pooljuhtide salvestuskandjad, magnetmaterjalid, trükivärv, tooner, tint, paber eriotstarbelised.
- Elektroonilised osad: Ülijuhtiv pooljuht, dioodid, transistorid, induktiivpool.
- Optilised materjalid, elektrooniline kaamera, fluorestsentsekraani toru, mittelineaarsed optilised materjalid.
- Keskkond: Gaasi adsorptsioon, gaasi hoiustamine.