Ultrasonically Polihidroksilasi C60 (Fullerenol)
- Larut dalam air polyhidroksilasi C60 Fullerene, disebut fullerenol atau fullerol, adalah kuat bebas Scavenger radikal dan karena itu digunakan sebagai antioksidan dalam suplemen dan obat-obatan.
- Hidroksilasi ultrasonik adalah reaksi satu langkah yang cepat dan sederhana, yang digunakan untuk menghasilkan C60 polihidroksilasi larut dalam air.
- Ultrasonically disintesis larut air C60 memiliki kualitas unggul dan digunakan untuk Pharma dan aplikasi kinerja tinggi.
Ultrasonic satu-langkah sintesis C60 Polyhydrolxylated
Kavitasi ultrasonik adalah teknik unggul untuk menghasilkan fullerene C60 polyhydroxylated berkualitas tinggi, yang larut dalam air dan karenanya dapat digunakan dalam berbagai aplikasi di farmasi, kedokteran dan industri. Afreen et al (2017) telah mengembangkan sintesis ultrasonik yang cepat dan sederhana dari polyhydroxylated C60 bebas kontaminasi (juga dikenal sebagai fullerenol atau fullerol). Reaksi satu langkah ultrasonik menggunakan H2O2 dan bebas dari penggunaan reagen hidroksilasi tambahan, yaitu NaOH, H2SO4, dan katalis transfer fase (PTC), yang menyebabkan kotoran dalam fullerenol yang disintesis. Hal ini membuat sintesis fullerenol ultrasonik adalah pendekatan yang lebih bersih untuk menghasilkan fullerenol; pada saat yang sama, ini adalah cara yang lebih mudah dan lebih cepat untuk menghasilkan C60 berkualitas tinggi yang larut dalam air.
Kemungkinan jalur reaksi dalam ultrasound dibantu sintesis fullerenol di hadapan DIL. H2O2 (30%).
Sumber: Afreen et al. 2017
Ultrasonic sintesis air-larut C60 – Langkah demi langkah
Untuk persiapan C60 polihidroksilasi yang cepat, sederhana, dan hijau, yang larut dalam air, 200 mg C60 murni ditambahkan ke 20mL 30% H2O2 dan disonikasi dengan model sonikator UP200Ht atau UP200St. Parameter sonikasi adalah amplitudo 30%, 200 W pada mode berdenyut selama 1 jam pada suhu kamar. Bejana reaksi ditempatkan ke dalam penangas air sirkulator berpendingin untuk menjaga suhu di dalam bejana pada suhu sekitar. Sebelum sonikasi, C60 bercampur dalam H2O2 berair dan merupakan campuran heterogen tidak berwarna, yang berubah menjadi warna coklat muda setelah 30 menit ultrasonikasi. Selanjutnya, dalam 30 menit berikutnya ultrasonikasi berubah menjadi dispersi coklat benar-benar gelap.
Donor hidroksil: Kavitasi intens yang dihasilkan secara ultrasonik (= akustik) menciptakan radikal seperti cOH, cOOH dan cH dari molekul H2O dan H2O2. Penggunaan H2O2 dalam media berair adalah pendekatan yang lebih efisien untuk memperkenalkan gugus –OH ke kandang C60 daripada hanya menggunakan H2O untuk sintesis fullerenol. H2O2 memainkan peran penting dalam intensifikasi hidroksilasi ultrasonik.
Hidroksilasi ultrasonik C60 menggunakan dil. H2O2 (30%) adalah reaksi satu langkah yang mudah dan cepat untuk menyiapkan fullerenol. Hanya membutuhkan waktu singkat untuk reaksi, reaksi ultrasonik menawarkan pendekatan hijau dan bersih dengan kebutuhan energi yang rendah, menghindari penggunaan reagen beracun atau korosif untuk sintesis, dan mengurangi jumlah pelarut yang diperlukan untuk pemisahan dan pemurnian C60 (OH)8.∙ 2H2O.
UP400St (400W, 24kHz) adalah disperser ultrasonik yang kuat
Jalur Polihidroksilasi ultrasonik
Ketika gelombang ultrasound intens digabungkan ke dalam cairan, bergantian siklus bertekanan rendah/tekanan tinggi membuat gelembung vakum dalam cairan. Gelembung vakum tumbuh selama beberapa siklus sampai mereka tidak dapat menyerap lebih banyak energi, sehingga mereka runtuh keras. Selama gelembung runtuh efek fisik yang ekstrim seperti perbedaan suhu tinggi dan tekanan, gelombang kejut, mikrojet, turbulences, gaya geser, dll. Fenomena ini dikenal sebagai ultrasonik atau kavitasi akustik. Kekuatan intens kavitasi ultrasonik ini menguraikan molekul menjadi radikal cOH dan cOOH55.
Afreen et al. (2017) berasumsi bahwa reaksi dapat berkembang dalam dua jalur secara bersamaan. Radikal cOH sebagai spesies oksigen reaktif (ROS) menempel pada sangkar C60 untuk menghasilkan fullerenol (Jalur I), dan / atau radikal –OH dan cOOH menyerang ikatan rangkap C60 yang kekurangan elektron dalam reaksi nukleofilik dan ini mengarah pada pembentukan fullerene epoksida [C60On] sebagai perantara pada tahap pertama (Jalur II) yang mirip dengan mekanisme reaksi Bingel. Selanjutnya, serangan berulang cOH (atau cOOH) pada C60O melalui reaksi SN2 menghasilkan polihidroksilasi fullerene atau fullerenol.
Eoksidasi berulang dapat terjadi yang menghasilkan gugus epoksida berturut-turut misalnya, C60O2 dan C60O3. Kelompok epoksida ini dapat menjadi kandidat yang mungkin untuk menghasilkan zat antara lain misalnya epoksida fullerene terhidroksilasi selama sonolisis (= dekomposisi sonokimia). Selain itu, pembukaan cincin berikutnya dari C60 (OH) xOy dengan cOH dapat menghasilkan pembentukan fullerenol. Pembentukan intermediet ini selama sonolisis H2O2 atau H2O di hadapan C60 tidak dapat dihindari, dan kehadiran mereka di fullerenol akhir (meskipun dalam jumlah jejak) tidak dapat dicatat. Namun, karena mereka hanya hadir dalam jumlah jejak di fullerenol mereka tidak diharapkan untuk menyebabkan dampak yang signifikan. [Afreen et al., 2017]
Sonicator berkinerja tinggi untuk dispersi fullerene
Hielscher Ultrasonics memasok probe-type sonicators untuk kebutuhan spesifik Anda: Apakah Anda ingin sonikasi volume kecil pada skala laboratorium atau menghasilkan aliran volume besar pada skala industri, portofolio Hielscher sonikator kinerja tinggi menawarkan solusi sempurna untuk dispersi fullerene Anda. Output daya tinggi, penyesuaian yang tepat dan keandalan ultrasonicators kami memastikan bahwa persyaratan proses Anda terpenuhi. Layar sentuh digital dan perekaman data otomatis dari parameter ultrasonik pada kartu SD terintegrasi membuat operasi dan kontrol perangkat ultrasonik kami sangat user-friendly.
Kekokohan peralatan ultrasonik Hielscher memungkinkan untuk operasi 24/7 pada tugas berat dan di lingkungan yang menuntut.
Tabel di bawah ini memberi Anda indikasi perkiraan kapasitas pemrosesan ultrasonikator kami:
| Batch Volume | Flow Rate | Direkomendasikan perangkat |
|---|---|---|
| 1 hingga 500mL | 10-200mL/min | UP100H |
| 10-2000mL | 20 hingga 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 hingga 20L | 0.2 sampai 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 sampai 100L | 2-10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 sampai 100L/menit | UIP16000 |
| n.a. | kristal yang lebbig | cluster UIP16000 |
Hubungi Kami! / Tanya Kami!
Prosesor ultrasonik berdaya tinggi dari laboratorium hingga pilot dan skala industri.
Literatur / Referensi
- Sadia Afreen, Kasturi Muthoosamy, Sivakumar Manickam (2018): Sono-Nano kimia: sebuah era baru yang sintesis Nanomaterials karbon polihidroksilasi dengan kelompok hidroksil dan aspek industri mereka. Ultrasonics Sonochemistry 2018.
- Sadia Afreen, Kasturi Muthoosamy, Sivakumar Manickam (2017): hidrasi atau hidroksilasi: sintesis langsung dari fullerenol murni Fullerene [C60] melalui kavitasi akustik dengan adanya hidrogen peroksida. RSC ADV., 2017, 7, 31930-31939.
- Grigory v. andrievsky, Vadim I. bruskov, Artem A. tykhomyrov, Sergey V. gudkov (2009): kekhasan dari efek antioksidan dan radioprotektif dari terhidrasi C60 Fullerene nanostuctures in vitro dan in vivo. Biologi radikal bebas & Pengobatan 47, 2009. 786 – 793.
- Mihajlo Gigov, Borivoj Adnađević, Borivoj Adnađević, Jelena D. Jovanovic (2016): efek dari bidang ultrasonik pada kinetik isotermal Fullerene polyhidroksilasi. Ilmu sintering 2016, 48 (2): 259-272.
- Hirotaka Yoshioka, Naoko YUI, Kanaka Yatabe, Hiroto Fujiya, Haruki Musha, Hisateru Niki, Rie Karasawa, Kazuo Yudoh (2016): Polyhidrosilasi C60 Fullerenes mencegah aktivitas katabolik chondrocyte di konsentrasi Nanomolar di osteoarthritis. Jurnal Osteoarthritis 2016, 1:115.
[/alihkan]
Fakta-fakta yang Patut Diketahui
C60 Fullerenes
Sebuah Fullerene C60 (juga dikenal sebagai buckyball atau Buckminster Fullerene) adalah molekul yang dibangun dari 60 atom karbon, diatur sebagai 12 segilima dan 20 segi enam. Bentuk molekul C60 menyerupai bola sepak. The C60 fullerens adalah antioksidan non-beracun menunjukkan potensi 100 – 1000 lebih tinggi dari vitamin E. Meskipun C60 sendiri tidak larut dalam air, banyak yang sangat larut dalam air Fullerene derivatif seperti fullenerol telah disintesis.
C60 fullerens digunakan sebagai antioksidan dan biopharmaceutical. Aplikasi lain termasuk ilmu material, fotovoltaik organik (OPV), katalis, dalam pemurnian air dan perlindungan Biohazard, daya portabel, kendaraan dan perangkat medis.
Kelarutan murni C60:
- dalam air: tidak larut
- di dimetil sulfoksida (DMSO): tidak larut
- di toluena: larut
- di benzena: larut
Struktur permukaan C60 fullerenes
Sumber: Yoshioka et al. 2016
Polihidroksilasi C60/Fullenerols
Fullernerol atau fullerols adalah molekul C60 polihidroksilasi (fullerene C60 terhidrasi: C60Tanda hubung). Reaksi hydrolylation memperkenalkan gugus hidroksil (-OH) ke molekul C60. C60 molekul dengan lebih dari 40 gugus hidroksil memiliki kelarutan air yang lebih tinggi (>50 mg/mL). Ini ada sebagai nanopartikel monodisperse dalam air, dan memiliki efek polishing yang gagah berani. Mereka menunjukkan sifat antioksidan dan anti-inflamasi yang unggul. Polihidroksilasi fullerenes (fullerenols; C60 (OH) n) dapat dilarutkan dalam beberapa alkohol dan kemudian diendapi dalam proses elektrokimia, menciptakan sebuah film nanocarbon pada anoda. Fullerenol film yang digunakan sebagai lapisan biokompatibel, inert untuk objek biologis dan dapat memfasilitasi integrasi benda non-biologis ke dalam jaringan tubuh.
Kelarutan Fullenerol:
- dalam air: larut, dapat mencapai >50 mg/mL
- di dimetil sulfoksida (DMSO): larut
- dalam metanol: sedikit larut
- di toluena: tidak larut
- di benzena: tidak larut
Warna: Fullerenol Bearing lebih dari 10 – kelompok OH memamerkan warna coklat tua. Dengan meningkatnya jumlah-OH kelompok, warna secara bertahap bergeser dari coklat gelap ke kuning.
Kelarutan kelarutan dari C60 (OH) 8.2 H2O dibandingkan dengan C60 dalam pelarut yang berbeda. Sumber: Afreen et al. 2017
Aplikasi dan penggunaan Fullerenols:
- Farmasi: reagen diagnostik, obat super, kosmetik, resonansi magnetik nuklir (NMR) dengan pengembang. Afinitas DNA, obat anti-HIV, obat anti-kanker, obat kemoterapi, aditif kosmetik dan penelitian ilmiah. Dibandingkan dengan bentuk murni, fullerenes polihidroksilasi memiliki lebih banyak aplikasi potensial karena mereka ditingkatkan kelarutan air. Telah ditemukan bahwa fullerols dapat mengurangi cardiotoxicity dari beberapa obat dan menghambat HIV-protease, virus hepatitis C dan pertumbuhan abnormal sel. Lebih jauh lagi, mereka menunjukkan kemampuan pemulungan radikal bebas yang sangat baik terhadap spesies oksigen reaktif dan radikal di bawah kondisi fisiologis.
- Energi: Solar baterai, sel bahan bakar, baterai sekunder.
- Industri: Pakailah bahan tahan, bahan tahan api, pelumas, aditif polimer, membran kinerja tinggi, katalis, berlian buatan, paduan keras, cairan kental elektrik, filter tinta, pelapis berkinerja tinggi, pelapis tahan api, manufaktur bahan bioaktif, memori bahan, tertanam molekul dan karakteristik lainnya, bahan komposit dll.
- Industri informasi: media rekaman semikonduktor, bahan magnetik, tinta cetak, toner, tinta, kertas khusus tujuan.
- Bagian elektronik: superkonduktor semikonduktor, dioda, transistor, induktor.
- Bahan optik, kamera elektronik, tabung tampilan fluoresensi, bahan optik nonlinier.
- Lingkungan: adsorpsi gas, Penyimpanan gas.