超音波ポリヒドロキシル化C60(フラーレノール)
- 水溶性ポリヒドロキシル化C60フラーレンは、フラーレノールまたはフラーロールと呼ばれ、強力なフリーラジカルスカベンジャーであるため、サプリメントや医薬品の抗酸化剤として使用されています。
- 超音波ヒドロキシル化は、水溶性ポリヒドロキシル化C60を生成するために使用される、迅速で単純なワンステップ反応です。
- 超音波合成水溶性C60は優れた品質を有し、製薬および高性能用途に使用されている。
ポリヒドロルキシル化C60の超音波ワンステップ合成
超音波キャビテーションは、高品質のポリヒドロキシル化C60フラーレンを製造するための優れた技術であり、これは水溶性であり、したがって、製薬、医療および産業における様々な用途で使用することができる。Afreenら(2017)は、汚染のないポリヒドロキシル化C60(フラーレノールまたはフラーロールとしても知られる)の迅速かつ簡単な超音波合成を開発しました。超音波ワンステップ反応はH2O2を使用し、合成されたフラーレノール中に不純物を引き起こす追加のヒドロキシル化試薬、すなわちNaOH、H2SO4、および相間移動触媒(PTC)の使用を伴わない。これにより、超音波フラーレノール合成は、フラーレノールを製造するためのよりクリーンなアプローチになります。同時に、高品質で水溶性のC60をより簡単かつ迅速に製造する方法です。
H2O2 (30%)のdilの存在下でのフラーレノールの超音波支援合成における可能な反応経路。
出典:Afreen et al. 2017
水溶性C60の超音波合成 – ステップバイ ステップ
水溶性であるポリヒドロキシル化C60の迅速、簡便、グリーンな調製のために、200mgの純粋なC60を20mLの30%H2O2に添加し、ソニケーターモデルで超音波処理します UP200HTの 又は UP200セント.超音波処理パラメータは、室温で1時間のパルスモードで30%の振幅、200Wであった。反応容器は、容器内の温度を周囲温度に維持するために、冷蔵循環水浴に入れられます。超音波処理前、C60は水性H2O2と混和せず、無色の不均一混合物であり、30分の超音波処理後に淡褐色に変わります。その後、次の30分間の超音波処理で、それは完全に暗褐色の分散液に変わります。
ヒドロキシル供与体:強力な超音波生成(=音響)キャビテーションにより、H2OおよびH2O2分子からcOH、cOOH、cHなどのラジカルが生成されます。水性媒体中でのH2O2の使用は、H2Oをフラーレノールの合成のみに使用するのではなく、C60ケージに-OH基を導入するためのより効率的なアプローチです。H2O2は、超音波ヒドロキシル化の強化に重要な役割を果たします。
ジルを用いたC60の超音波ヒドロキシル化。H2O2(30%)は、フラーレノールを調製するための容易で迅速なワンステップ反応です。反応に短時間しか必要としない超音波反応は、合成のための毒性または腐食性試薬の使用を避け、C60(OH)の分離と精製に必要な溶媒の数を減らし、低エネルギー要件でグリーンでクリーンなアプローチを提供します8・2時間2O.
UP400St (400W, 24kHz) 強力な超音波分散機です
超音波ポリヒドロキシル化経路
強い超音波が液体に結合すると、低圧と高圧のサイクルが交互に繰り返され、液体中に真空気泡が発生します。真空の泡は、それ以上のエネルギーを吸収できなくなるまで数サイクルにわたって成長し、激しく崩壊します。バブル崩壊時には、高温・高圧差、衝撃波、マイクロジェット、乱流、せん断力などの極端な物理的影響が発生します。この現象は超音波または 音響キャビテーション.超音波キャビテーションのこれらの強い力は、分子をcOHおよびcOOH55ラジカルに分解します。
Afreen et al. (2017) は、反応が 2 つの経路で同時に進行する可能性があると仮定しています。活性酸素種(ROS)としてのcOHラジカルがC60ケージに付着してフラーレノールを生成する(Path I)か、および/または-OHおよびcOOHラジカルが求核反応で電子不足のC60二重結合を攻撃し、これが第1段階(Path II)で中間体としてフラーレンエポキシド[C60On]を形成することにつながるが、これはビンゲル反応のメカニズムと同様である。さらに、SN2反応を介してC60Oに対するcOH(またはcOOH)が繰り返し攻撃されると、ポリヒドロキシル化されたフラーレンまたはフラーレノールが生成されます。
エポキシ化が繰り返され、C60O2やC60O3などのエポキシド基が連続して生成されます。これらのエポキシド基は、ソノリシス(=ソノケミカル分解)中に他の中間体、例えばヒドロキシル化フラーレンエポキシドを生成する可能性のある候補となり得る。さらに、C60(OH)xOyとcOHの開環は、フラーレノールの形成をもたらす可能性があります。C60の存在下でのH2O2またはH2Oの超音波分解中のこれらの中間体の形成は避けられず、最終的なフラーレノール中の存在(微量ではあるが)は注目されない。ただし、それらはフラーレノールに微量でしか存在しないため、大きな影響を与えるとは予想されていません。[アフリーン他、2017]
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以下の表は、当社の超音波装置のおおよその処理能力を示しています。
| バッチボリューム | 流量 | 推奨デバイス |
|---|---|---|
| 1〜500mL | 10〜200mL/分 | UP100Hの |
| 10〜2000mL | 20〜400mL/分 | UP200HTの, UP400セント |
| 0.1〜20L | 0.2 から 4L/min | UIP2000hdT |
| 10〜100L | 2〜10L/分 | UIP4000hdTの |
| N.A. | 10〜100L/min | UIP16000 |
| N.A. | 大きい | クラスタ UIP16000 |
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文献/参考文献
- Sadia Afreen、Kasturi Muthoosamy、Sivakumar Manickam(2018):ソノナノ化学:ヒドロキシル基とその工業的側面を持つポリヒドロキシル化カーボンナノ材料を合成する新時代。超音波ソノケミストリー2018。
- Sadia Afreen、Kasturi Muthoosamy、Sivakumar Manickam(2017):水和またはヒドロキシル化:過酸化水素の存在下での音響キャビテーションによる手付かずのフラーレン[C60]からのフレレノールの直接合成。RSC Adv., 2017, 7, 31930–31939.
- Grigory V. Andrievsky、Vadim I. Bruskov、Artem A. Tykhomyrov、Sergey V. Gudkov(2009):水和C60フラーレンナノ構造の抗酸化作用および放射線防護効果の特異性in vitroおよびin vivo。フリーラジカルバイオロジー & 医学47、2009。786–793.
- Mihajlo Gigov、Borivoj Adnađević、Borivoj Adnađević、Jelena D. Jovanovic(2016):フラーレンポリヒドロキシル化の等温動力学に対する超音波場の影響。焼結の科学 2016, 48(2):259-272.
- 吉岡 弘隆, 由井 直子, 矢田部 佳中, 藤矢 寛人, 武者 春樹, 仁木 久輝, 唐澤 理恵, 湯道 和夫 (2016): ポリヒドロキシル化 C60 フラーレンは変形性関節症のナノモル濃度で軟骨細胞異化活性を予防する.変形性関節症ジャーナル2016、1:115。
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知っておく価値のある事実
C60フラーレン
C60フラーレン(バッキーボールまたはバックミンスターフラーレンとも呼ばれます)は、60個の炭素原子から構築され、12個の五角形と20個の六角形として配置された分子です。C60分子の形はサッカーボールに似ています。C60フラーレンは、ビタミンEよりも100〜1000高い効力を示す無毒の抗酸化物質です。C60自体は水溶性ではありませんが、フレネロールなどの水溶性の高いフラーレン誘導体が数多く合成されています。
C60フラーレンは、抗酸化剤およびバイオ医薬品として使用されます。その他のアプリケーションには、材料科学、有機太陽電池(OPV)、触媒、浄水およびバイオハザード保護、ポータブル電源、車両、医療機器などがあります。
純粋なC60の溶解度:
- 水中:不溶性
- ジメチルスルホキシド(DMSO):不溶性
- トルエン中:可溶性
- ベンゼン中:可溶性
C60フラーレンの表面構造
出典:Yoshioka et al. 2016
ポリヒドロキシル化C60 /フレネロール
フラーネロールまたはフレロールは、ポリヒドロキシル化されたC60分子(水和C60フラーレン:C60ハイエフン).加水分解反応により、C60分子に水酸基(-OH)が導入されます。40を超えるヒドロキシル基を持つC60分子は、より高い水溶性(>50 mg / mL)です。これらは水中に単分散ナノ粒子として存在し、勇敢な研磨効果があります。それらは優れた抗酸化作用と抗炎症作用を示します。ポリヒドロキシル化フラーレン(フラーレノール;C60(OH)n)は、一部のアルコールに溶解し、電気化学プロセスで沈殿させて、アノード上にナノカーボン膜を形成することができます。フレレノールフィルムは、生体適合性コーティングとして使用され、生物学的物体に対して不活性であり、非生物学的物体の体組織への統合を容易にすることができます。
フレネロールの溶解度:
- 水中:可溶性、到達可能 >50 mg / mLの
- ジメチルスルホキシド(DMSO):可溶性
- メタノール中:わずかに溶解性
- トルエン中:不溶性
- ベンゼン中:不溶性
色： 10以上の-OH基を持つフレレノールは、暗褐色を示します。-OH基の数が増えると、色は徐々に暗褐色から黄色に変化します。
C60(OH)8.2H2Oの溶解度とC60の比較による異なる溶媒への溶解度。出典:Afreen et al. 2017
フラーレノールの用途と使用:
- 医薬品:診断試薬、スーパードラッグ、化粧品、核磁気共鳴(NMR)を開発者と共同で手がけます。DNA親和性、抗HIV薬、抗がん剤、化学療法薬、化粧品添加物、科学研究。手付かずの形態と比較して、ポリヒドロキシル化フラーレンは、水溶性が高いため、より多くの潜在的な用途があります。フレロールは、一部の薬物の心毒性を低下させ、HIVプロテアーゼ、C型肝炎ウイルス、および細胞の異常な増殖を阻害することがわかっています。さらに、生理条件下で活性酸素種やラジカルに対して優れたフリーラジカル消去能力を示しました。
- エネルギー:太陽電池、燃料電池、二次電池。
- 業界:耐摩耗性材料、難燃性材料、潤滑剤、ポリマー添加剤、高性能膜、触媒、人工ダイヤモンド、硬質合金、電気粘性流体、インクフィルター、高性能コーティング、難燃性コーティング、生物活性材料の製造、メモリ材料、埋め込み分子およびその他の特性、複合材料など。
- 情報産業:半導体記録媒体、磁性材料、印刷インキ、トナー、インク、紙特殊用途。
- 電子部品:超伝導半導体、ダイオード、トランジスタ、インダクタ
- 光学材料、電子カメラ、蛍光表示管、非線形光学材料
- 環境:ガス吸着、ガス貯蔵。