અલ્ટ્રાસોનિક રીતે પોલિહાઇડ્રોક્સિલેટેડ C60 (ફુલેરીનોલ)
- પાણીમાં દ્રાવ્ય પોલિહાઇડ્રોક્સિલેટેડ C60 ફુલરીન, જેને ફુલેરીનોલ અથવા ફુલેરોલ કહેવામાં આવે છે, તે મુક્ત મૂળકોનો શક્તિશાળી નિષ્ક્રિયકારક છે અને તેથી તેનો ઉપયોગ પૂરક આહારો અને ઔષધોમાં એન્ટીઑક્સિડન્ટ તરીકે થાય છે.
- અલ્ટ્રાસોનિક હાઇડ્રોક્સિલેશન એ ઝડપી અને સરળ એક-પગલાની પ્રતિક્રિયા છે, જેનો ઉપયોગ પાણીમાં દ્રાવ્ય પોલિહાઇડ્રોક્સિલેટેડ C60 બનાવવા માટે થાય છે.
- અલ્ટ્રાસોનિક રીતે સંશ્લેષિત પાણીમાં દ્રાવ્ય C60 શ્રેષ્ઠ ગુણવત્તા ધરાવે છે અને તેનો ઉપયોગ ઔષધીય તથા ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતાવાળા અનુપ્રયોગોમાં થાય છે.
પોલિહાઇડ્રોક્સિલેટેડ C60નું અલ્ટ્રાસોનિક એક-પગલાનું સંશ્લેષણ
ઉચ્ચ ગુણવત્તાવાળા પોલિહાઇડ્રોક્સિલેટેડ C60 ફુલરીન બનાવવા માટે અલ્ટ્રાસોનિક કેવિટેશન શ્રેષ્ઠ તકનીક છે; આ ફુલરીન પાણીમાં દ્રાવ્ય હોય છે અને તેથી તેનો ઉપયોગ ઔષધનિર્માણ, ચિકિત્સા અને ઉદ્યોગના વિવિધ અનુપ્રયોગોમાં થઈ શકે છે. Afreen et al (2017)એ દૂષણમુક્ત પોલિહાઇડ્રોક્સિલેટેડ C60 (જે ફુલેરીનોલ અથવા ફુલેરોલ તરીકે પણ ઓળખાય છે)ના ઝડપી અને સરળ અલ્ટ્રાસોનિક સંશ્લેષણની પદ્ધતિ વિકસાવી છે. આ અલ્ટ્રાસોનિક એક-પગલાની પ્રતિક્રિયામાં H2O2નો ઉપયોગ થાય છે અને વધારાના હાઇડ્રોક્સિલેશન કરનારા અભિકર્મકો, એટલે કે NaOH, H2SO4 અને પ્રાવસ્થા સ્થાનાંતરણ ઉત્પ્રેરકો (PTC)નો ઉપયોગ થતો નથી, જે સંશ્લેષિત ફુલેરીનોલમાં અશુદ્ધિઓ પેદા કરે છે. આથી અલ્ટ્રાસોનિક ફુલેરીનોલ સંશ્લેષણ ફુલેરીનોલ બનાવવાનો વધુ સ્વચ્છ અભિગમ બને છે; તે જ સમયે, ઉચ્ચ ગુણવત્તાવાળું, પાણીમાં દ્રાવ્ય C60 બનાવવાની આ વધુ સરળ અને વધુ ઝડપી રીત છે.
મંદિત H2O2 (30%)ની હાજરીમાં અલ્ટ્રાસાઉન્ડની સહાયથી થતા ફુલેરીનોલના સંશ્લેષણમાં સંભવિત પ્રતિક્રિયા માર્ગો.
સ્રોત: Afreen et al. 2017
પાણીમાં દ્રાવ્ય C60નું અલ્ટ્રાસોનિક સંશ્લેષણ – પગલું-દર-પગલું
પાણીમાં દ્રાવ્ય પોલિહાઇડ્રોક્સિલેટેડ C60ની ઝડપી, સરળ અને પર્યાવરણને અનુકૂળ તૈયારી માટે, 200 mg શુદ્ધ C60ને 20mL 30% H2O2માં ઉમેરવામાં આવે છે અને સોનિકેટર મોડેલો UP200Ht અથવા UP200St દ્વારા સોનિકેશન કરવામાં આવે છે. સોનિકેશનના પરિમાણો ઓરડાના તાપમાને 1 h માટે પલ્સ્ડ મોડમાં 30% કંપનવિસ્તાર અને 200 W હતા. પાત્રની અંદરનું તાપમાન આસપાસના વાતાવરણના તાપમાન જેટલું જાળવવા માટે પ્રતિક્રિયા પાત્રને પ્રશીતિત પરિભ્રમક જળસ્નાનમાં મૂકવામાં આવે છે. સોનિકેશન પહેલાં, C60 જલીય H2O2માં અમિશ્રણીય હોય છે અને તે રંગહીન વિષમાંગી મિશ્રણ હોય છે, જે 30 minના અલ્ટ્રાસોનિકેશન પછી આછા કથ્થઈ રંગનું બને છે. ત્યારબાદ, અલ્ટ્રાસોનિકેશનની આગળની 30 minમાં તે સંપૂર્ણપણે ઘેરા કથ્થઈ રંગના વિક્ષેપણમાં ફેરવાય છે.
હાઇડ્રોક્સિલ દાતા: અલ્ટ્રાસોનિક રીતે ઉત્પન્ન થતું તીવ્ર (= ધ્વનિક) કેવિટેશન H2O અને H2O2ના અણુઓમાંથી cOH, cOOH અને cH જેવા મૂળકો બનાવે છે. ફુલેરીનોલના સંશ્લેષણ માટે માત્ર H2Oનો ઉપયોગ કરવાની સરખામણીએ, જલીય માધ્યમમાં H2O2નો ઉપયોગ C60ની પિંજર રચના પર –OH સમૂહો દાખલ કરવાનો વધુ કાર્યક્ષમ અભિગમ છે. અલ્ટ્રાસોનિક હાઇડ્રોક્સિલેશનની તીવ્રતા વધારવામાં H2O2 મહત્વપૂર્ણ ભૂમિકા ભજવે છે.
મંદિત H2O2 (30%)નો ઉપયોગ કરીને થતું C60નું અલ્ટ્રાસોનિક હાઇડ્રોક્સિલેશન ફુલેરીનોલ તૈયાર કરવા માટેની સરળ અને ઝડપી એક-પગલાની પ્રતિક્રિયા છે. પ્રતિક્રિયા માટે માત્ર ટૂંકો સમય જરૂરી હોવાથી, અલ્ટ્રાસોનિક પ્રતિક્રિયા ઓછી ઊર્જાની જરૂરિયાત ધરાવતો પર્યાવરણને અનુકૂળ અને સ્વચ્છ અભિગમ પૂરો પાડે છે, સંશ્લેષણ માટે કોઈપણ ઝેરી અથવા સંક્ષારક અભિકર્મકોનો ઉપયોગ ટાળે છે અને C60(OH)8∙2H2Oના વિભાજન અને શુદ્ધિકરણ માટે જરૂરી દ્રાવકોની સંખ્યા ઘટાડે છે.
UP400St (400W, 24kHz) એક શક્તિશાળી અલ્ટ્રાસોનિક વિક્ષેપક છે
અલ્ટ્રાસોનિક પોલિહાઇડ્રોક્સિલેશનનો પ્રતિક્રિયા માર્ગ
જ્યારે તીવ્ર અલ્ટ્રાસાઉન્ડ તરંગોની ઊર્જા પ્રવાહીમાં પ્રસારિત કરવામાં આવે છે, ત્યારે વારાફરતી આવતા નીચા દબાણ / ઊંચા દબાણના ચક્રો પ્રવાહીમાં નિર્વાત પરપોટા બનાવે છે. નિર્વાત પરપોટા અનેક ચક્રો દરમિયાન મોટા થતા જાય છે, જ્યાં સુધી તેઓ વધુ ઊર્જા શોષી ન શકે, અને ત્યારબાદ તેઓ પ્રચંડ રીતે ધસી પડે છે. પરપોટા ધસી પડતી વખતે ઊંચા તાપમાન અને દબાણના તફાવતો, આઘાત તરંગો, સૂક્ષ્મ જેટ પ્રવાહો, પ્રક્ષુબ્ધતા, કર્તન બળો વગેરે જેવી અત્યંત તીવ્ર ભૌતિક અસરો ઉત્પન્ન થાય છે. આ ઘટના અલ્ટ્રાસોનિક અથવા ધ્વનિક કેવિટેશન તરીકે ઓળખાય છે. અલ્ટ્રાસોનિક કેવિટેશનનાં આ તીવ્ર બળો અણુઓનું cOH અને cOOH55 મુક્તમૂલકોમાં વિઘટન કરે છે.
Afreen et al. (2017) એવું ધારે છે કે પ્રતિક્રિયા એકસાથે બે માર્ગે આગળ વધી શકે છે. પ્રતિક્રિયાશીલ ઑક્સિજન પ્રજાતિઓ (ROS) તરીકે cOH મુક્તમૂલકો C60 પિંજર સાથે જોડાઈને ફુલેરીનોલ બનાવે છે (માર્ગ I), અને/અથવા –OH અને cOOH મુક્તમૂલકો ન્યુક્લિયોફિલિક પ્રતિક્રિયામાં ઇલેક્ટ્રૉનની ઊણપ ધરાવતા C60 દ્વિબંધો પર આક્રમણ કરે છે અને તેના પરિણામે ફુલેરીન ઇપોક્સાઇડ [C60On] પ્રથમ તબક્કામાં મધ્યવર્તી સંયોજન તરીકે બને છે (માર્ગ II), જે બિંગેલ પ્રતિક્રિયાની ક્રિયાવિધિ જેવું છે. વધુમાં, SN2 પ્રતિક્રિયા દ્વારા C60O પર cOH (અથવા cOOH)ના વારંવાર આક્રમણથી પોલિહાઇડ્રોક્સિલેટેડ ફુલેરીન અથવા ફુલેરીનોલ બને છે.
વારંવાર ઇપોક્સિડેશન થઈ શકે છે, જે ક્રમશઃ ઇપોક્સાઇડ જૂથો ઉત્પન્ન કરે છે, દા.ત., C60O2 અને C60O3. સોનોલિસિસ (= સોનોકેમિકલ વિઘટન) દરમિયાન આ ઇપોક્સાઇડ જૂથો અન્ય મધ્યવર્તી સંયોજનો, દા.ત. હાઇડ્રોક્સિલેટેડ ફુલેરીન ઇપોક્સાઇડ, ઉત્પન્ન કરવા માટે સંભવિત ઉમેદવારો હોઈ શકે છે. વધુમાં, ત્યારબાદ cOH દ્વારા C60(OH)xOyની વલય રચના ખૂલવાથી ફુલેરીનોલની રચના થઈ શકે છે. C60ની હાજરીમાં H2O2 અથવા H2Oના સોનોલિસિસ દરમિયાન આ મધ્યવર્તી સંયોજનોની રચના અનિવાર્ય છે, અને અંતિમ ફુલેરીનોલમાં તેમની હાજરી (ભલે અતિસૂક્ષ્મ માત્રામાં હોય) નોંધ્યા વિના રહી શકે નહીં. જોકે, ફુલેરીનોલમાં તેઓ માત્ર અતિસૂક્ષ્મ માત્રામાં હાજર હોવાથી, તેમની કોઈ નોંધપાત્ર અસર થવાની અપેક્ષા નથી. [Afreen et al., 2017]
ફુલેરીનના વિખેરણ માટે ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતાવાળા સોનિકેટર્સ
Hielscher Ultrasonics તમારી ચોક્કસ જરૂરિયાતો માટે પ્રોબ પ્રકારના સોનિકેટર્સ પૂરા પાડે છે: તમે પ્રયોગશાળાના સ્તરે નાના આયતનનું સોનિકેશન કરવા માંગતા હો કે ઔદ્યોગિક સ્તરે મોટા આયતનનો પ્રવાહ ઉત્પન્ન કરવા માંગતા હો, Hielscher ની ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતાવાળા સોનિકેટર્સની શ્રેણી તમારા ફુલેરીન વિક્ષેપણ માટે સંપૂર્ણ ઉકેલ આપે છે. ઉચ્ચ પાવર આઉટપુટ, સચોટ સમાયોજ્યતા અને અમારા અલ્ટ્રાસોનિકેટર્સની વિશ્વસનીયતા તમારી પ્રક્રિયાની જરૂરિયાતો પૂરી થાય તેની ખાતરી કરે છે. ડિજિટલ ટચ સ્ક્રીન અને સંકલિત SD કાર્ડ પર અલ્ટ્રાસોનિક પરિમાણોનું સ્વચાલિત ડેટા રેકોર્ડિંગ અમારા અલ્ટ્રાસોનિક ઉપકરણોનું સંચાલન અને નિયંત્રણ વપરાશકર્તાઓ માટે ખૂબ જ સરળ બનાવે છે.
Hielscher અલ્ટ્રાસોનિક સાધનોની મજબૂતી ભારે કાર્યભાર હેઠળ અને કઠિન પરિસ્થિતિઓમાં 24/7 સંચાલન શક્ય બનાવે છે.
નીચેનું કોષ્ટક અમારા અલ્ટ્રાસોનિકેટર્સની અંદાજિત પ્રક્રિયા ક્ષમતાનો સંકેત આપે છે:
| બેચનું આયતન | પ્રવાહ દર | ભલામણ કરેલાં ઉપકરણો |
|---|---|---|
| 1 થી 500mL | 10 થી 200mL/min | UP100H |
| 10 થી 2000mL | 20 થી 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 થી 20L | 0.2 થી 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 થી 100L | 2 થી 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 થી 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | વધુ | સમૂહમાં જોડાયેલાં UIP16000 |
અમારો સંપર્ક કરો! / અમને પૂછો!
સાહિત્ય/સંદર્ભો
- Sadia Afreen, Kasturi Muthoosamy, Sivakumar Manickam (2018): સોનો-નેનો રસાયણશાસ્ત્ર: હાઇડ્રોક્સિલ જૂથો ધરાવતી પોલિહાઇડ્રોક્સિલેટેડ કાર્બન નેનોસામગ્રીના સંશ્લેષણનો નવો યુગ અને તેનાં ઔદ્યોગિક પાસાં. Ultrasonics Sonochemistry 2018.
- Sadia Afreen, Kasturi Muthoosamy, Sivakumar Manickam (2017): હાઇડ્રેશન કે હાઇડ્રોક્સિલેશન: મૂળ સ્વરૂપના ફુલેરીન [C60] માંથી હાઇડ્રોજન પેરોક્સાઇડની હાજરીમાં ધ્વનિક કેવિટેશન દ્વારા ફુલેરીનોલનું સીધું સંશ્લેષણ. RSC Adv., 2017, 7, 31930–31939.
- Grigory V. Andrievsky, Vadim I. Bruskov, Artem A. Tykhomyrov, Sergey V. Gudkov (2009): ઇન વિટ્રો અને ઇન વિવો પરિસ્થિતિઓમાં હાઇડ્રેટેડ C60 ફુલેરીન નેનોરચનાઓની ઍન્ટિઑક્સિડન્ટ અને વિકિરણ સામે રક્ષણ આપતી અસરોની વિશિષ્ટતાઓ. Free Radical Biology & Medicine 47, 2009. 786–793.
- Mihajlo Gigov, Borivoj Adnađević, Borivoj Adnađević, Jelena D. Jovanovic (2016): ફુલેરીન પોલિહાઇડ્રોક્સિલેશનની સમતાપી પ્રતિક્રિયા ગતિકી પર અલ્ટ્રાસોનિક ક્ષેત્રની અસર. 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): પોલિહાઇડ્રોક્સિલેટેડ C60 ફુલેરીન્સ ઑસ્ટિઓઆર્થ્રાઇટિસમાં નેનોમોલર સાંદ્રતાએ કોન્ડ્રોસાઇટની અપચયી પ્રવૃત્તિ અટકાવે છે. Journal of Osteoarthritis 2016, 1:115.
[/toggle]
જાણવા યોગ્ય તથ્યો
C60 ફુલેરીન્સ
C60 ફુલેરીન (જે બકીબૉલ અથવા બકમિન્સ્ટર ફુલેરીન તરીકે પણ ઓળખાય છે) એ 60 કાર્બન પરમાણુઓથી બનેલો અણુ છે, જેમાં આ પરમાણુઓ 12 પંચકોણ અને 20 ષટ્કોણના રૂપમાં ગોઠવાયેલા હોય છે. C60 અણુનો આકાર ફૂટબૉલ જેવો હોય છે. C60 ફુલેરીન બિનઝેરી પ્રતિઑક્સિડન્ટ છે, જે વિટામિન E કરતાં 100–1000 વધુ અસરકારકતા દર્શાવે છે. જોકે C60 પોતે પાણીમાં દ્રાવ્ય નથી, ફુલેરીનોલ જેવા પાણીમાં અત્યંત દ્રાવ્ય એવા ઘણા ફુલેરીન વ્યુત્પન્નોનું સંશ્લેષણ કરવામાં આવ્યું છે.
C60 ફુલેરીનનો ઉપયોગ પ્રતિઑક્સિડન્ટ તરીકે અને જૈવઔષધ તરીકે થાય છે. અન્ય ઉપયોગોમાં પદાર્થ વિજ્ઞાન, કાર્બનિક ફોટોવોલ્ટેઇક્સ (OPV), ઉત્પ્રેરકો, જળ શુદ્ધિકરણ અને જૈવિક જોખમો સામે રક્ષણ, વહનક્ષમ વીજપુરવઠો, વાહનો અને તબીબી ઉપકરણોનો સમાવેશ થાય છે.
શુદ્ધ C60 ની દ્રાવ્યતા:
- પાણીમાં: દ્રાવ્ય નથી
- ડાઇમિથાઇલ સલ્ફોક્સાઇડ (DMSO)માં: દ્રાવ્ય નથી
- ટોલ્યુઇનમાં: દ્રાવ્ય છે
- બેન્ઝીનમાં: દ્રાવ્ય છે
પોલિહાઇડ્રોક્સિલિત C60 / ફુલેરીનોલ
ફુલેરીનોલ અથવા ફુલેરોલ એ પોલિહાઇડ્રોક્સિલિત C60 અણુઓ છે (જલયોજિત C60 ફુલેરીન: C60HyFn). હાઇડ્રોલિલેશન પ્રતિક્રિયા C60 અણુમાં હાઇડ્રોક્સિલ સમૂહો (-OH) ઉમેરે છે. 40 કરતાં વધુ હાઇડ્રોક્સિલ સમૂહો ધરાવતા C60 અણુઓની પાણીમાં દ્રાવ્યતા વધુ (>50 mg/mL) હોય છે. આ પાણીમાં એકસમાન કદના નેનોકણો તરીકે અસ્તિત્વ ધરાવે છે અને તેમની પોલિશ કરવાની અસર “વીરતાપૂર્ણ” હોય છે. તેઓ ઉત્કૃષ્ટ પ્રતિઑક્સિડન્ટ અને સોજાવિરોધી ગુણધર્મો દર્શાવે છે. પોલિહાઇડ્રોક્સિલિત ફુલેરીન (ફુલેરીનોલ; C60(OH)n)ને કેટલાક આલ્કોહોલમાં ઓગાળી શકાય છે અને પછી વિદ્યુતરાસાયણિક પ્રક્રિયામાં અવક્ષેપિત કરી શકાય છે, જેનાથી એનોડ પર નેનોકાર્બન પાતળી પરત બને છે. ફુલેરીનોલની પાતળી પરતોનો ઉપયોગ જૈવિક પદાર્થો પ્રત્યે નિષ્ક્રિય એવા જૈવસુસંગત આવરણ તરીકે થાય છે અને તે અજૈવિક પદાર્થોને શરીરની પેશીઓમાં એકીકૃત કરવામાં મદદ કરી શકે છે.
ફુલેરીનોલની દ્રાવ્યતા:
- પાણીમાં: દ્રાવ્ય છે, >50 mg/mL સુધી પહોંચી શકે છે
- ડાઇમિથાઇલ સલ્ફોક્સાઇડ (DMSO)માં: દ્રાવ્ય છે
- મિથેનોલમાં: સહેજ દ્રાવ્ય છે
- ટોલ્યુઇનમાં: દ્રાવ્ય નથી
- બેન્ઝીનમાં: દ્રાવ્ય નથી
રંગ: 10 કરતાં વધુ –OH સમૂહો ધરાવતું ફુલેરીનોલ ઘેરો ભૂરો રંગ દર્શાવે છે. –OH સમૂહોની સંખ્યા વધતાં રંગ ધીમે ધીમે ઘેરા ભૂરાથી પીળામાં બદલાય છે.
વિવિધ દ્રાવકોમાં C60 ની સરખામણીમાં C60(OH)8.2H2O ની દ્રાવ્યતાની દ્રાવ્યતા. સ્રોત: Afreen et al. 2017
ફુલેરીનોલના અનુપ્રયોગો અને ઉપયોગ:
- ઔષધક્ષેત્ર: નિદાનાત્મક અભિકર્મકો, “સુપર દવાઓ”, સૌંદર્યપ્રસાધનો, “વિકાસક સાથે” ન્યુક્લિયર મેગ્નેટિક રેઝોનન્સ (NMR). DNA પ્રત્યે બંધન આકર્ષણ, HIV-વિરોધી દવાઓ, કેન્સરવિરોધી દવાઓ, કીમોથેરાપીની દવાઓ, સૌંદર્યપ્રસાધનોમાં ઉમેરાતા પદાર્થો અને વૈજ્ઞાનિક સંશોધન. મૂળ સ્વરૂપની સરખામણીમાં, પોલિહાઇડ્રોક્સિલિત ફુલેરીનની પાણીમાં દ્રાવ્યતા વધેલી હોવાથી તેમના વધુ સંભવિત ઉપયોગો છે. એવું જાણવા મળ્યું છે કે ફુલેરોલ કેટલીક દવાઓની હૃદયવિષાક્તતા ઘટાડી શકે છે અને HIV-પ્રોટિએઝ, હેપેટાઇટિસ C વાયરસ તથા કોષોની અસામાન્ય વૃદ્ધિને અવરોધી શકે છે. વધુમાં, શારીરિક પરિસ્થિતિઓ હેઠળ તેમણે પ્રતિક્રિયાશીલ ઑક્સિજન પ્રજાતિઓ અને મુક્તમૂલકો સામે મુક્તમૂલકોને નિષ્ક્રિય કરવાની ઉત્તમ ક્ષમતા દર્શાવી છે.
- ઊર્જા: સૌર બેટરી, ઇંધણ કોષ, દ્વિતીયક બેટરી.
- ઉદ્યોગ: ઘસારાપ્રતિરોધક પદાર્થ, જ્વાળા અવરોધક પદાર્થો, સ્નેહકો, પોલિમર ઉમેરણો, ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતાવાળી પટલ, ઉત્પ્રેરક, કૃત્રિમ હીરો, કઠિન મિશ્રધાતુ, “વિદ્યુત શ્યાન પ્રવાહી”, શાહીના ગાળકો, ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતાવાળા આવરણો, અગ્નિ અવરોધક આવરણો, જૈવસક્રિય પદાર્થોનું ઉત્પાદન, સ્મૃતિ પદાર્થો, “અંતઃસ્થાપિત આણ્વિક અને અન્ય લાક્ષણિકતાઓ”, સંયુક્ત પદાર્થો વગેરે.
- માહિતી ઉદ્યોગ: અર્ધવાહક રેકોર્ડિંગ માધ્યમ, ચુંબકીય પદાર્થો, છાપકામની શાહી, ટોનર, શાહી, વિશેષ હેતુઓ માટેનો કાગળ.
- ઇલેક્ટ્રોનિક ભાગો: અતિવાહક અર્ધવાહક, ડાયોડ, ટ્રાન્ઝિસ્ટર, પ્રેરક.
- પ્રકાશીય પદાર્થો, ઇલેક્ટ્રોનિક કૅમેરા, પ્રતિદીપ્તિ પ્રદર્શન નળી, અરેખીય પ્રકાશીય પદાર્થો.
- પર્યાવરણ: વાયુનું અધિશોષણ, વાયુનો સંગ્રહ.

