Ultrahanggal polihidroxilezett C60 (fullerenol)
- A vízben oldódó polihidroxilezett C60 fullerén, amelyet fullerenolnak vagy fullerolnak neveznek, erős szabadgyökfogó, ezért antioxidánsként használják kiegészítőkben és gyógyszerekben.
- Az ultrahangos hidroxilezés gyors és egyszerű egylépéses reakció, amelyet vízoldható polihidroxilezett C60 előállítására használnak.
- Az ultrahanggal szintetizált, vízoldható C60 kiváló minőségű, és gyógyszeriparban és nagy teljesítményű alkalmazásokban használják.
Ultrahangos egylépéses szintézise polihidrolxilezett C60
Az ultrahangos kavitáció a kiváló technika kiváló minőségű polihidroxilezett C60 fullerének előállítására, amelyek vízben oldódnak, és ezért különböző alkalmazásokban használhatók a gyógyszeriparban, az orvostudományban és az iparban. Afreen és munkatársai (2017) kifejlesztették a szennyeződésmentes polihidroxilezett C60 (más néven fullerenol vagy fullerol) gyors és egyszerű ultrahangos szintézisét. Az ultrahangos egylépéses reakció H2O2-t használ, és mentes további hidroxilező reagensek, azaz NaOH, H2SO4 és fázistranszfer katalizátorok (PTC) alkalmazásától, amelyek szennyeződéseket okoznak a szintetizált fullerenolban. Ez teszi az ultrahangos fullerenol szintézist tisztább megközelítés a fullerenol előállításához; ugyanakkor könnyebb és gyorsabb módja a kiváló minőségű, vízben oldódó C60 előállításának.
Lehetséges reakcióutak a fullerenol ultrahanggal segített szintézisében dil jelenlétében. H2O2 (30%).
forrás: Afreen et al. 2017
A vízoldható C60 ultrahangos szintézise – Lépésről
A vízben oldódó polihidroxilezett C60 gyors, egyszerű és zöld előállításához 200 mg tiszta C60-at adunk az 20 ml 30% H2O2-hez, és ultrahanggal kezeljük az ultrahangos modellekkel UP200Ht vagy UP200St. Az ultrahangos paraméterek 30% amplitúdó, 200 W impulzusos üzemmódban 1 órán keresztül szobahőmérsékleten. A reakcióedényt hűtött keringető vízfürdőbe helyezik annak érdekében, hogy az edény belsejében a hőmérsékletet szobahőmérsékleten tartsák. Az ultrahangos kezelés előtt a C60 vizes H2O2-ben nem elegyedik, és színtelen heterogén keverék, amely 30 perc ultrahangos kezelés után világosbarna színűvé válik. Ezt követően a következő 30 perces ultrahangos kezelés teljesen sötétbarna diszperzióvá válik.
Hidroxil donor: Az intenzív ultrahanggal generált (= akusztikus) kavitáció olyan gyököket hoz létre, mint a cOH, cOOH és cH a H2O és H2O2 molekulákból. A H2O2 vizes közegben történő felhasználása hatékonyabb megközelítés az –OH csoportok C60 ketrecbe történő bevezetésére, mint a H2O felhasználása a fullerenol szintézisére. A H2O2 fontos szerepet játszik az ultrahangos hidroxilezés fokozásában.
A C60 ultrahangos hidroxilezése dil használatával. A H2O2 (30%) egy könnyed és gyors egylépéses reakció a fullerenol előállítására. Csak rövid időt igényel a reakcióhoz, az ultrahangos reakció zöld és tiszta megközelítést kínál alacsony energiaigényű, elkerülve a mérgező vagy maró reagensek használatát a szintézishez, és csökkentve a C60 (OH) elválasztásához és tisztításához szükséges oldószerek számát8∙2H2O.
UP400St (400W, 24kHz) egy erős ultrahangos diszpergáló
Ultrahangos polihidroxilező út
Amikor az intenzív ultrahanghullámok folyadékhoz kapcsolódnak, a váltakozó alacsony nyomású / nagynyomású ciklusok vákuumbuborékokat hoznak létre a folyadékban. A vákuumbuborékok több cikluson keresztül nőnek, amíg nem tudnak több energiát elnyelni, így hevesen összeomlanak. A buborék összeomlása során extrém fizikai hatások, például magas hőmérséklet- és nyomáskülönbségek, lökéshullámok, mikrofúvókák, turbulenciák, nyíróerők stb. Ezt a jelenséget ultrahangos vagy Akusztikus kavitáció. Ezek az ultrahangos kavitáció intenzív erői cOH és cOOH55 gyökökre bontják a molekulákat.
Afreen et al. (2017) feltételezi, hogy a reakció egyszerre két útvonalon haladhat előre. A cOH gyökök reaktív oxigénfajként (ROS) a C60 ketrechez kapcsolódnak, hogy fullerenolt (I. út) kapjanak, és/vagy –OH és cOOH gyökök támadják meg az elektronhiányos C60 kettős kötéseket egy nukleofil reakcióban, és ez fullerén-epoxid [C60On] képződéséhez vezet intermedierként az első szakaszban (II. út), amely hasonló a Bingel-reakció mechanizmusához. Továbbá a cOH (vagy cOOH) ismételt támadása a C60O-ra SN2 reakción keresztül polihidroxilezett fullerént vagy fullerenolt eredményez.
Ismételt epoxidáció történhet, amely egymást követő epoxidcsoportokat hoz létre, pl. C60O2 és C60O3. Ezek az epoxidcsoportok lehetséges jelöltek lehetnek más intermedierek előállítására, pl. hidroxilezett fullerén-epoxid a szonolízis során (= szonokémiai bomlás). Ezenkívül a C60(OH)xOy cOH-val történő későbbi gyűrűnyitása fullerenol képződését eredményezheti. Ezeknek az intermediereknek a kialakulása a H2O2 vagy H2O szonolízise során C60 jelenlétében elkerülhetetlen, és jelenlétük a végső fullerenolban (bár nyomokban) nem maradhat észrevétlenül. Mivel azonban a fullerenolban csak nyomokban vannak jelen, várhatóan nem okoznak jelentős hatást. [Afreen és mtsai., 2017]
Nagy teljesítményű szonikátorok fullerén diszperzióhoz
A Hielscher Ultrasonics szonda típusú szondákat szállít az Ön egyedi igényeihez: Akár kis mennyiségeket szeretne szonikálni laboratóriumi méretekben, akár nagy mennyiségű áramot előállítani ipari méretekben, a Hielscher nagy teljesítményű szonikátorok portfóliója tökéletes megoldást kínál a fullerén diszperziójához. A nagy teljesítmény, a pontos beállíthatóság és az ultrahangos készülékek megbízhatósága biztosítja, hogy a folyamat követelményei teljesüljenek. A digitális érintőképernyők és az ultrahangos paraméterek automatikus adatrögzítése egy integrált SD-kártyán nagyon felhasználóbaráttá teszi ultrahangos készülékeink működését és vezérlését.
A Hielscher ultrahangos berendezés robusztussága lehetővé teszi az 24/7 működést nagy teherbírású és igényes környezetben.
Az alábbi táblázat jelzi ultrahangos készülékeink hozzávetőleges feldolgozási kapacitását:
| Kötegelt mennyiség | Áramlási sebesség | Ajánlott eszközök |
|---|---|---|
| 1–500 ml | 10–200 ml/perc | UP100H |
| 10 és 2000 ml között | 20–400 ml/perc | UP200Ht, UP400ST |
| 0.1-től 20L-ig | 0.2-től 4 liter/percig | UIP2000hdT |
| 10–100 liter | 2–10 l/perc | UIP4000hdt |
| n.a. | 10–100 l/perc | UIP16000 |
| n.a. | Nagyobb | klaszter UIP16000 |
Kapcsolat! / Kérdezzen tőlünk!
Nagy teljesítményű ultrahangos processzorok laboratóriumtól kísérleti és ipari méretekig.
Irodalom/Hivatkozások
- Sadia Afreen, Kasturi Muthoosamy, Sivakumar Manickam (2018): Sono-nano kémia: A hidroxilcsoportokkal és ipari vonatkozásaikkal szintetizáló polihidroxilezett szén nanoanyagok új korszaka. Ultrahangos Sonochemistry 2018.
- Sadia Afreen, Kasturi Muthoosamy, Sivakumar Manickam (2017): Hidratáció vagy hidroxilezés: fullerenol közvetlen szintézise érintetlen fullerénből [C60] akusztikus kavitációval hidrogén-peroxid jelenlétében. RSC Adv., 2017, 7, 31930–31939.
- Grigorij V. Andrievsky, Vadim I. Bruskov, Artem A. Tykhomyrov, Sergey V. Gudkov (2009): A hidratált C60 fullerén nanostukciók antioxidáns és radioprotektív hatásainak sajátosságai in vitro és in vivo. Szabad gyökök biológiája & Orvostudomány 47, 2009. 786–793.
- Mihajlo Gigov, Borivoj Adnađević, Borivoj Adnađević, Jelena D. Jovanovic (2016): Az ultrahangos mező hatása a fullerén polihidroxiláció izoterm kinetikájára. A szinterelés tudománya 2016, 48(2):259-272.
- Hirotaka Yoshioka, Naoko Yui, Kanaka Yatabe, Hiroto Fujiya, Haruki Musha, Hisateru Niki, Rie Karasawa, Kazuo Yudoh (2016): A polihidroxilezett C60 fullerének megakadályozzák a kondrocita katabolikus aktivitását nanomoláris koncentrációban osteoarthritisben. Journal of Osteoarthritis 2016, 1:115.
[/kapcsoló]
Tények, amelyeket érdemes tudni
C60 Fullerének
A C60 fullerén (más néven buckyball vagy Buckminster fullerén) egy molekula, amely 60 szénatomból épül fel, 12 ötszögként és 20 hatszögként elrendezve. A C60 molekula alakja hasonlít egy focilabdára. A C60 fullerens egy nem toxikus antioxidáns, amely 100–1000-rel magasabb hatékonyságot mutat, mint az E-vitamin. Bár maga a C60 nem vízben oldódik, számos vízben oldódó fullerénszármazékot, például fullenerolt szintetizáltak.
A C60 fullerens-t antioxidánsként és biofarmakonként használják. Egyéb alkalmazások közé tartozik az anyagtudomány, a szerves fotovoltaika (OPV), a katalizátorok, a víztisztításban és a biológiai veszélyek elleni védelemben, a hordozható energia, a járművek és az orvostechnikai eszközök.
A tiszta C60 oldhatósága:
- vízben: nem oldódik
- dimetil-szulfoxidban (DMSO): nem oldódik
- toluolban: oldható
- Benzolban: oldódik
A C60 fullerének felületi szerkezete
forrás: Yoshioka et al. 2016
Polihidroxilezett C60 / fullenerolok
A fullernerol vagy fullerolok polihidroxilezett C60 molekulák (hidratált C60 fullerén: C60HyFn). A hidrolilációs reakció hidroxilcsoportokat (-OH) vezet be a C60 molekulába. A több mint 40 hidroxilcsoportot tartalmazó C60 molekulák jobban oldódnak vízben (>50 mg/ml). Ezek monodiszperz nanorészecskékként léteznek vízben, és bátor polírozó hatásuk van. Kiváló antioxidáns és gyulladáscsökkentő tulajdonságokkal rendelkeznek. Polihidroxilezett fullerének (fullerenolok; A C60(OH)n) feloldható néhány alkoholban, majd elektrokémiai folyamatban kicsapódhat, nanokarbon filmet hozva létre az anódon. A fullerenol filmeket biokompatibilis bevonatként használják, inert a biológiai tárgyakra, és megkönnyíthetik a nem biológiai tárgyak integrálását a testszövetekbe.
A fullenerol oldhatósága:
- vízben: oldódik, elérheti >50 mg/ml
- dimetil-szulfoxidban (DMSO): oldható
- metanolban: kis mértékben oldódik
- toluolban: nem oldódik
- Benzolban: nem oldódik
Szín: A több mint 10 –OH csoportot hordozó fullerenol sötétbarna színű. A –OH csoportok növekvő számával a szín fokozatosan sötétbarnáról sárgára változik.
A C60(OH)8.2H2O oldhatóságának oldhatósága a különböző oldószerekben lévő C60-nal összehasonlítva. forrás: Afreen et al. 2017
A fullerenolok alkalmazása és alkalmazása:
- Gyógyszer: Diagnosztikai reagensek, szuper gyógyszerek, kozmetikumok, magmágneses rezonancia (NMR) a fejlesztővel. DNS-affinitás, HIV-ellenes gyógyszerek, rákellenes gyógyszerek, kemoterápiás gyógyszerek, kozmetikai adalékanyagok és tudományos kutatások. Az érintetlen formához képest a polihidroxilezett fullerének több potenciális alkalmazással rendelkeznek a jobb vízoldhatóságuk miatt. Azt találták, hogy a fullerolok csökkenthetik egyes gyógyszerek kardiotoxicitását, és gátolhatják a HIV-proteázt, a hepatitis C vírust és a sejtek rendellenes növekedését. Továbbá kiváló szabadgyökfogó képességet mutattak a reaktív oxigénfajták és gyökök ellen fiziológiai körülmények között.
- Energia: Napelem, üzemanyagcella, másodlagos akkumulátor.
- Ipar: Kopásálló anyag, égésgátló anyagok, kenőanyagok, polimer adalékanyagok, nagy teljesítményű membrán, katalizátor, mesterséges gyémánt, kemény ötvözet, elektromos viszkózus folyadék, tintaszűrők, nagy teljesítményű bevonatok, tűzálló bevonatok, bioaktív anyagok gyártása, memóriaanyagok, beágyazott molekuláris és egyéb jellemzők, kompozit anyagok stb.
- Információs ipar: Félvezető adathordozó, mágneses anyagok, nyomdafesték, festék, tinta, papír speciális célokra.
- Elektronikus alkatrészek: Szupravezető félvezető, diódák, tranzisztorok, induktor.
- Optikai anyagok, elektronikus kamera, fluoreszcens kijelzőcső, nemlineáris optikai anyagok.
- Környezet: Gázadszorpció, gáztárolás.