Ուլտրաձայնով պոլիհիդրօքսիլացված C60 (ֆուլերենոլ)
- Ջրում լուծելի պոլիհիդրօքսիլացված C60 ֆուլերենը, որը կոչվում է ֆուլերենոլ կամ ֆուլերոլ, ազատ ռադիկալների հզոր կլանիչ է և այդ պատճառով օգտագործվում է որպես հակաօքսիդանտ հավելումներում և դեղագործական պատրաստուկներում։
- Ուլտրաձայնային հիդրօքսիլացումը արագ և պարզ միափուլ ռեակցիա է, որն օգտագործվում է ջրում լուծելի պոլիհիդրօքսիլացված C60 ստանալու համար։
- Ուլտրաձայնով սինթեզված ջրում լուծելի C60 ունի գերազանց որակ և օգտագործվում է դեղագործության մեջ և բարձր արդյունավետություն պահանջող կիրառություններում։
Պոլիհիդրօքսիլացված C60 միացության ուլտրաձայնային միափուլ սինթեզ
Ուլտրաձայնային կավիտացիան գերազանց մեթոդ է բարձրորակ պոլիհիդրօքսիլացված C60 ֆուլերեններ ստանալու համար, որոնք լուծելի են ջրում և այդ պատճառով կարող են օգտագործվել դեղագործության, բժշկության և արդյունաբերության տարբեր կիրառություններում։ Afreen և համահեղինակները (2017) մշակել են աղտոտիչներից զերծ պոլիհիդրօքսիլացված C60 (հայտնի է նաև որպես ֆուլերենոլ կամ ֆուլերոլ) ստանալու արագ և պարզ ուլտրաձայնային սինթեզ։ Ուլտրաձայնային միափուլ ռեակցիայում օգտագործվում է H2O2՝ առանց լրացուցիչ հիդրօքսիլացնող ռեագենտների, այսինքն՝ NaOH, H2SO4, և միջփուլային փոխանցման կատալիզատորների (PTC) օգտագործման, որոնք սինթեզված ֆուլերենոլում խառնուկներ են առաջացնում։ Սա ֆուլերենոլի ուլտրաձայնային սինթեզը դարձնում է ֆուլերենոլ ստանալու ավելի մաքուր մոտեցում․ միաժամանակ այն բարձրորակ, ջրում լուծելի C60 ստանալու ավելի հեշտ և արագ եղանակ է։
Ֆուլերենոլի՝ ուլտրաձայնի օժանդակությամբ սինթեզի հնարավոր ռեակցիոն ուղիները նոսրացված H2O2 (30%) առկայությամբ։
աղբյուր՝ Afreen և համահեղինակներ, 2017
Ջրում լուծելի C60 միացության ուլտրաձայնային սինթեզը՝ քայլ առ քայլ
Ջրում լուծելի պոլիհիդրօքսիլացված C60 միացությունն արագ, պարզ և էկոլոգիապես բարենպաստ եղանակով ստանալու համար 200 mg մաքուր C60 ավելացվում է 20mL 30% H2O2 լուծույթին և ենթարկվում ուլտրաձայնային մշակման հետևյալ մոդելների ուլտրաձայնային սարքերով՝ UP200Ht կամ UP200St։ Ուլտրաձայնային մշակման պարամետրերն էին՝ 30% ամպլիտուդ, 200 W՝ իմպուլսային ռեժիմում, 1 h տևողությամբ՝ սենյակային ջերմաստիճանում։ Ռեակցիոն անոթը տեղադրվում է սառեցվող շրջանառու ջրային բաղնիքի մեջ՝ անոթի ներսում շրջակա միջավայրի ջերմաստիճանը պահպանելու համար։ Ուլտրաձայնային մշակումից առաջ C60 չի խառնվում ջրային H2O2 լուծույթին և անգույն տարասեռ խառնուրդ է, որը 30 min ուլտրաձայնային մշակումից հետո դառնում է բաց շագանակագույն։ Այնուհետև՝ ուլտրաձայնային մշակման հաջորդ 30 min ընթացքում, այն վերածվում է ամբողջովին մուգ շագանակագույն դիսպերսիայի։
Հիդրօքսիլային խմբերի դոնոր․ ուլտրաձայնով առաջացած ինտենսիվ (= ակուստիկ) կավիտացիան H2O և H2O2 մոլեկուլներից առաջացնում է այնպիսի ռադիկալներ, ինչպիսիք են cOH, cOOH և cH։ Ջրային միջավայրերում H2O2 օգտագործելը C60 կառուցվածքային վանդակի վրա –OH խմբեր ներմուծելու ավելի արդյունավետ մոտեցում է, քան ֆուլերենոլի սինթեզի համար միայն H2O օգտագործելը։ H2O2 կարևոր դեր է խաղում ուլտրաձայնային հիդրօքսիլացման ինտենսիվացման գործում։
Նոսրացված H2O2 (30%) օգտագործմամբ C60 միացության ուլտրաձայնային հիդրօքսիլացումը ֆուլերենոլ ստանալու հեշտ և արագ միափուլ ռեակցիա է։ Ռեակցիայի համար պահանջելով միայն կարճ ժամանակ՝ ուլտրաձայնային ռեակցիան առաջարկում է էներգիայի փոքր պահանջով էկոլոգիապես բարենպաստ և մաքուր մոտեցում՝ խուսափելով սինթեզի համար որևէ թունավոր կամ քայքայիչ ռեագենտի օգտագործումից և նվազեցնելով հետևյալ միացության տարանջատման ու մաքրման համար անհրաժեշտ լուծիչների թիվը՝ C60(OH)8∙2H2O։
UP400St (400W, 24kHz) հզոր ուլտրաձայնային դիսպերգատոր է
Ուլտրաձայնային պոլիհիդրօքսիլացման ուղին
Երբ ինտենսիվ ուլտրաձայնային ալիքների էներգիան հաղորդվում է հեղուկին, ցածր ճնշման / բարձր ճնշման հերթագայվող ցիկլերը հեղուկում ստեղծում են վակուումային պղպջակներ։ Վակուումային պղպջակներն աճում են մի քանի ցիկլերի ընթացքում, մինչև այլևս չեն կարողանում ավելի շատ էներգիա կլանել, ինչի հետևանքով կտրուկ փլուզվում են։ Պղպջակների փլուզման ընթացքում առաջանում են ծայրահեղ ֆիզիկական ազդեցություններ, ինչպիսիք են բարձր ջերմաստիճանը և ճնշման տարբերությունները, հարվածային ալիքները, միկրոշիթերը, տուրբուլենտ հոսքերը, սահքի ուժերը և այլն։ Այս երևույթը հայտնի է որպես ուլտրաձայնային կամ ակուստիկ կավիտացիա։ Ուլտրաձայնային կավիտացիայի այս ինտենսիվ ուժերը մոլեկուլները տրոհում են cOH և cOOH55 ռադիկալների։
Afreen և համահեղինակները (2017) ենթադրում են, որ ռեակցիան կարող է միաժամանակ ընթանալ երկու ուղիով։ cOH ռադիկալները՝ որպես թթվածնի ակտիվ ձևեր (ROS), միանում են C60 վանդակին՝ առաջացնելով ֆուլերենոլ (ուղի I), և/կամ –OH և cOOH ռադիկալները նուկլեոֆիլ ռեակցիայում հարձակվում են C60 կառուցվածքի՝ էլեկտրոնների պակաս ունեցող կրկնակի կապերի վրա, և դա հանգեցնում է ֆուլերենի էպօքսիդի առաջացմանը՝ [C60On] որպես առաջին փուլի միջանկյալ նյութ (ուղի II), ինչը նման է Բինգելի ռեակցիայի մեխանիզմին։ Այնուհետև SN2 ռեակցիայի միջոցով cOH (կամ cOOH) ռադիկալների կրկնվող հարձակումը C60O միացության վրա հանգեցնում է պոլիհիդրօքսիլացված ֆուլերենի կամ ֆուլերենոլի առաջացմանը։
Կարող է տեղի ունենալ կրկնվող էպօքսիդացում, որն առաջացնում է հաջորդական էպօքսիդային խմբեր, օրինակ՝ C60O2 և C60O3։ Այս էպօքսիդային խմբերը կարող են հավանական թեկնածուներ լինել սոնոլիզի (= սոնոքիմիական քայքայման) ընթացքում այլ միջանկյալ նյութերի, օրինակ՝ հիդրօքսիլացված ֆուլերենի էպօքսիդի առաջացման համար։ Բացի այդ, cOH ռադիկալի մասնակցությամբ C60(OH)xOy կառուցվածքի օղակի հետագա բացումը կարող է հանգեցնել ֆուլերենոլի առաջացմանը։ C60 միացության առկայությամբ H2O2 կամ H2O նյութերի սոնոլիզի ընթացքում այս միջանկյալ նյութերի առաջացումն անխուսափելի է, և վերջնական ֆուլերենոլում դրանց առկայությունը (թեև հետքային քանակությամբ) չի կարող աննկատ մնալ։ Սակայն, քանի որ դրանք ֆուլերենոլում առկա են միայն հետքային քանակություններով, չի ակնկալվում, որ դրանք որևէ նշանակալի ազդեցություն կունենան։ [Afreen et al., 2017]
Բարձր արդյունավետության ուլտրաձայնային սարքեր՝ ֆուլերենի դիսպերսման համար
Hielscher Ultrasonics ընկերությունը մատակարարում է զոնդային տիպի ուլտրաձայնային սարքեր՝ ձեր հատուկ պահանջներին համապատասխան։ Անկախ նրանից՝ ցանկանում եք լաբորատոր մասշտաբով ուլտրաձայնով մշակել փոքր ծավալներ, թե արդյունաբերական մասշտաբով ստանալ մեծ ծավալային հոսք, Hielscher ընկերության բարձր արդյունավետության ուլտրաձայնային սարքերի տեսականին առաջարկում է կատարյալ լուծում ֆուլերենի դիսպերսման համար։ Մեր ուլտրաձայնային սարքերի բարձր ելքային հզորությունը, ճշգրիտ կարգավորելիությունն ու հուսալիությունը երաշխավորում են ձեր գործընթացի պահանջների բավարարումը։ Թվային սենսորային էկրանները և ներկառուցված SD քարտի վրա ուլտրաձայնային պարամետրերի տվյալների ավտոմատ գրանցումը մեր ուլտրաձայնային սարքերի շահագործումն ու կառավարումը դարձնում են շատ հարմար։
Hielscher ընկերության ուլտրաձայնային սարքավորումների ամրությունը թույլ է տալիս աշխատել 24/7՝ մեծ ծանրաբեռնվածությամբ և խստապահանջ միջավայրերում։
Ստորև բերված աղյուսակը պատկերացում է տալիս մեր ուլտրաձայնային սարքերի մշակման մոտավոր արտադրողականության մասին։
| Խմբաքանակի ծավալ | Ծավալային հոսքի արագություն | Առաջարկվող սարքեր |
|---|---|---|
| 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. | ավելի մեծ | սարքերի համախումբ՝ UIP16000 |
Կապվե՛ք մեզ հետ։ / Հարցրե՛ք մեզ։
Բարձր հզորության ուլտրաձայնային պրոցեսորներ՝ լաբորատորից մինչև ավելի մեծ՝ փորձնական և արդյունաբերական մասշտաբներ։
Գրականություն/Հղումներ
- Sadia Afreen, Kasturi Muthoosamy, Sivakumar Manickam (2018)․ Սոնո-նանոքիմիա․ հիդրօքսիլ խմբերով պոլիհիդրօքսիլացված ածխածնային նանոնյութերի սինթեզի նոր դարաշրջանը և դրանց արդյունաբերական ասպեկտները։ Ultrasonics Sonochemistry 2018.
- Sadia Afreen, Kasturi Muthoosamy, Sivakumar Manickam (2017)․ Հիդրատացում թե հիդրօքսիլացում․ ֆուլերենոլի ուղղակի սինթեզ ելանյութ հանդիսացող ֆուլերենից [C60] ջրածնի պերօքսիդի առկայությամբ ակուստիկ կավիտացիայի միջոցով։ RSC Adv., 2017, 7, 31 930–31 939.
- Grigory V. Andrievsky, Vadim I. Bruskov, Artem A. Tykhomyrov, Sergey V. Gudkov (2009)․ Հիդրատացված C60 ֆուլերենի նանոկառուցվածքների հակաօքսիդանտային և ճառագայթապաշտպան ազդեցությունների առանձնահատկությունները in vitro և in vivo պայմաններում։ Free Radical Biology & Medicine 47, 2009. 786–793.
- Mihajlo Gigov, Borivoj Adnađević, Borivoj Adnađević, Jelena D. Jovanovic (2016)․ Ուլտրաձայնային դաշտի ազդեցությունը ֆուլերենի պոլիհիդրօքսիլացման իզոթերմ կինետիկայի վրա։ 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)․ Պոլիհիդրօքսիլացված C60 ֆուլերենները նանոմոլային կոնցենտրացիաներում կանխում են խոնդրոցիտների կատաբոլիկ ակտիվությունը օստեոարթրիտի դեպքում։ Journal of Osteoarthritis 2016, 1:115.
[/toggle]
Փաստեր, որոնք արժե իմանալ
C60 ֆուլերեններ
C60 ֆուլերենը (հայտնի է նաև որպես բաքիբոլ կամ Բաքմինսթերի ֆուլերեն) մոլեկուլ է, որը կազմված է 60 ածխածնի ատոմներից՝ դասավորված 12 հնգանկյունների և 20 վեցանկյունների ձևով։ C60 մոլեկուլի ձևը հիշեցնում է ֆուտբոլի գնդակ։ C60 ֆուլերենները ոչ թունավոր հակաօքսիդանտ են, որի արդյունավետությունը 100–1000 ավելի բարձր է, քան E վիտամինինը։ Թեև C60 նյութն ինքնին ջրալույծ չէ, սինթեզվել են ֆուլերենի բազմաթիվ խիստ ջրալույծ ածանցյալներ, օրինակ՝ ֆուլերենոլը։
C60 ֆուլերեններն օգտագործվում են որպես հակաօքսիդանտ և կենսադեղագործական միջոց։ Կիրառության այլ ոլորտներն ընդգրկում են նյութագիտությունը, օրգանական ֆոտովոլտաիկան (OPV), կատալիզատորները, ջրի մաքրումը և կենսաբանական վտանգներից պաշտպանությունը, շարժական էներգամատակարարումը, տրանսպորտային միջոցներն ու բժշկական սարքերը։
Մաքուր C60 նյութի լուծելիությունը՝
- ջրում՝ չի լուծվում
- դիմեթիլսուլֆօքսիդում (DMSO)՝ չի լուծվում
- տոլուոլում՝ լուծվում է
- բենզոլում՝ լուծվում է
C60 ֆուլերենների մակերևութային կառուցվածքը
աղբյուր՝ Yoshioka et al. 2016
Պոլիհիդրօքսիլացված C60 / Ֆուլերենոլներ
Ֆուլերենոլը կամ ֆուլերոլները պոլիհիդրօքսիլացված C60 մոլեկուլներ են (հիդրատացված C60 ֆուլերեն՝ C60HyFn)։ Հիդրոլիլացման ռեակցիան հիդրօքսիլային խմբեր (-OH) է ներմուծում C60 մոլեկուլի մեջ։ 40-ից ավելի հիդրօքսիլային խմբեր պարունակող C60 մոլեկուլներն ունեն ավելի բարձր ջրալուծելիություն (>50 mg/mL)։ Դրանք ջրում գոյություն ունեն մոնոդիսպերս նանոմասնիկների ձևով և ունեն «քաջարի» փայլեցնող ազդեցություն։ Դրանք ցուցաբերում են գերազանց հակաօքսիդանտային և հակաբորբոքային հատկություններ։ Պոլիհիդրօքսիլացված ֆուլերենները (ֆուլերենոլներ՝ C60(OH)n) կարող են լուծվել որոշ սպիրտներում, այնուհետև նստեցվել էլեկտրաքիմիական գործընթացով՝ անոդի վրա առաջացնելով նանոածխածնային թաղանթ։ Ֆուլերենոլային թաղանթներն օգտագործվում են որպես կենսահամատեղելի ծածկույթ, որն իներտ է կենսաբանական օբյեկտների նկատմամբ և կարող է նպաստել ոչ կենսաբանական օբյեկտների ինտեգրմանը մարմնի հյուսվածքներում։
Ֆուլերենոլի լուծելիությունը՝
- ջրում՝ լուծվում է, կարող է հասնել >50 mg/mL
- դիմեթիլսուլֆօքսիդում (DMSO)՝ լուծվում է
- մեթանոլում՝ քիչ է լուծվում
- տոլուոլում՝ չի լուծվում
- բենզոլում՝ չի լուծվում
Գույնը՝ 10-ից ավելի –OH խմբեր կրող ֆուլերենոլն ունի մուգ շագանակագույն գույն։ –OH խմբերի քանակի աճին զուգընթաց գույնն աստիճանաբար փոխվում է մուգ շագանակագույնից դեղինի։
C60(OH)8.2H2O նյութի լուծելիության լուծելիությունը՝ C60 նյութի համեմատ տարբեր լուծիչներում։ աղբյուր՝ Afreen et al. 2017
Ֆուլերենոլների կիրառությունները և օգտագործումը՝
- Դեղագործություն՝ ախտորոշիչ ռեագենտներ, «գերդեղեր», կոսմետիկ միջոցներ, միջուկային մագնիսական ռեզոնանս (NMR)՝ «մշակողի հետ»։ ԴՆԹ-ի նկատմամբ խնամակցություն, ՄԻԱՎ-ի դեմ դեղեր, հակաքաղցկեղային դեղեր, քիմիաթերապիայի դեղեր, կոսմետիկ հավելումներ և գիտական հետազոտություններ։ Սկզբնական ձևի համեմատ՝ պոլիհիդրօքսիլացված ֆուլերեններն ունեն ավելի շատ հնարավոր կիրառություններ՝ շնորհիվ իրենց բարձրացած ջրալուծելիության։ Պարզվել է, որ ֆուլերոլները կարող են նվազեցնել որոշ դեղերի սրտաթունավորությունը և արգելակել ՄԻԱՎ պրոտեազը, հեպատիտ C վիրուսը և բջիջների աննորմալ աճը։ Ավելին, ֆիզիոլոգիական պայմաններում դրանք ցուցաբերել են թթվածնի ռեակտիվ ձևերի և ռադիկալների նկատմամբ ազատ ռադիկալներ չեզոքացնելու գերազանց ունակություններ։
- Էներգետիկա՝ արևային մարտկոց, վառելիքային տարր, երկրորդային մարտկոց։
- Արդյունաբերություն՝ մաշակայուն նյութ, բոցավառումը դանդաղեցնող նյութեր, քսանյութեր, պոլիմերային հավելումներ, բարձր արդյունավետությամբ թաղանթ, կատալիզատոր, արհեստական ադամանդ, կարծր համաձուլվածք, «էլեկտրական մածուցիկ հեղուկ», թանաքի զտիչներ, բարձր արդյունավետությամբ ծածկույթներ, հրդեհի տարածումը դանդաղեցնող ծածկույթներ, կենսաակտիվ նյութերի արտադրություն, հիշողության նյութեր, «ներկառուցված մոլեկուլային և այլ բնութագրեր», կոմպոզիտային նյութեր և այլն։
- Տեղեկատվական արդյունաբերություն՝ կիսահաղորդչային գրանցման կրիչ, մագնիսական նյութեր, տպագրական ներկ, տոներ, թանաք, հատուկ նշանակության թուղթ։
- Էլեկտրոնային բաղադրիչներ՝ գերհաղորդիչ կիսահաղորդիչ, դիոդներ, տրանզիստորներ, ինդուկտիվության կոճ։
- Օպտիկական նյութեր, էլեկտրոնային տեսախցիկ, ֆլուորեսցենտային ցուցադրման խողովակ, ոչ գծային օպտիկական նյութեր։
- Շրջակա միջավայր՝ գազի ադսորբցիա, գազի պահեստավորում։