ულტრაბგერითად პოლიჰიდროქსილირებული C60 (ფულერენოლი)
- წყალში ხსნადი პოლიჰიდროქსილირებული C60 ფულერენი, რომელსაც ფულერენოლს ან ფულეროლს უწოდებენ, არის ძლიერი თავისუფალი რადიკალების დამჭერი და ამიტომ გამოიყენება, როგორც ანტიოქსიდანტი დამატებებსა და ფარმაცევტულ პრეპარატებში.
- ულტრაბგერითი ჰიდროქსილირება არის სწრაფი და მარტივი ერთსაფეხურიანი რეაქცია, რომელიც გამოიყენება წყალში ხსნადი პოლიჰიდროქსილირებული C60-ის მისაღებად.
- ულტრაბგერითად სინთეზირებული წყალში ხსნადი C60 აქვს უმაღლესი ხარისხი და გამოიყენება ფარმაცევტული და მაღალი ეფექტურობის მქონე დანიშნულებისთვის.
ულტრაბგერითი ერთსაფეხურიანი სინთეზი პოლიჰიდროქსილირებული C60-ისთვის
ულტრაბგერითი კავიტაცია არის უმაღლესი ტექნიკა მაღალი ხარისხის პოლიჰიდროქსილირებული C60 ფულერენების მისაღებად, რომლებიც წყალში ხსნადია და შესაბამისად შეიძლება გამოყენებულ იქნას სხვადასხვა დანიშნულებით ფარმაცევტიკაში, მედიცინასა და მრეწველობაში. Afreen et al (2017) შეიმუშავეს სწრაფი და მარტივი ულტრაბგერითი სინთეზი დაუბინძურებელი პოლიჰიდროქსილირებული C60-ისთვის (ასევე ცნობილი, როგორც ფულერენოლი ან ფულეროლი). ულტრაბგერითი ერთსაფეხურიანი რეაქცია იყენებს H2O2-ს და თავისუფალია დამატებითი ჰიდროქსილირების რეაგენტების, ანუ NaOH-ის, H2SO4-ის და ფაზური გადატანის კატალიზატორების (PTC) გამოყენებისგან, რომლებიც იწვევენ მინარევებს სინთეზირებულ ფულერენოლში. ეს ულტრაბგერით ფულერენოლის სინთეზს ხდის უფრო სუფთა მიდგომას ფულერენოლის მისაღებად; ამავდროულად, ეს არის უფრო მარტივი და უფრო სწრაფი გზა მაღალი ხარისხის, წყალში ხსნადი C60-ის მისაღებად.
შესაძლო რეაქციის გზები ულტრაბგერითი დახმარებით ფულერენოლის სინთეზში განზავებული H2O2-ის (30%) არსებობის პირობებში.
წყარო: Afreen et al. 2017
ულტრაბგერითი სინთეზი წყალში ხსნადი C60-ისთვის – ნაბიჯ-ნაბიჯ
სწრაფი, მარტივი და ეკოლოგიურად სუფთა მომზადებისთვის პოლიჰიდროქსილირებული C60-ის, რომელიც წყალში ხსნადია, 200 mg სუფთა C60 ემატება 20mL 30% H2O2-ს და ულტრაბგერითად მუშავდება სონიკატორის მოდელებით UP200Ht ან UP200St. ულტრაბგერითი დამუშავების პარამეტრები იყო 30% ამპლიტუდა, 200 W იმპულსურ რეჟიმში 1 საათის განმავლობაში ოთახის ტემპერატურაზე. რეაქციის ჭურჭელი მოთავსებულია გაგრილებულ ცირკულაციურ წყლის აბაზანაში, რათა შენარჩუნდეს ტემპერატურა ჭურჭლის შიგნით გარემოს ტემპერატურაზე. ულტრაბგერითი დამუშავების წინ, C60 არ არის შერეული წყალხსნარ H2O2-ში და არის უფერო ჰეტეროგენული ნარევი, რომელიც იცვლის ფერს ღია ყავისფერად ულტრაბგერითი დამუშავების 30 წუთის შემდეგ. შემდგომ, ულტრაბგერითი დამუშავების მომდევნო 30 წუთის განმავლობაში ის გარდაიქმნება სრულად მუქ ყავისფერ დისპერსიად.
ჰიდროქსილის დონორი: ინტენსიური ულტრაბგერითად გენერირებული (= აკუსტიკური) კავიტაცია ქმნის რადიკალებს, როგორიცაა cOH, cOOH და cH H2O და H2O2 მოლეკულებიდან. H2O2-ის გამოყენება წყალხსნარებში არის უფრო ეფექტური მიდგომა –OH ჯგუფების C60 კარკასისთვის შესატანად, ვიდრე მხოლოდ H2O-ის გამოყენება ფულერენოლის სინთეზისთვის. H2O2 თამაშობს მნიშვნელოვან როლს ულტრაბგერითი ჰიდროქსილირების ინტენსიფიკაციაში.
ულტრაბგერითი ჰიდროქსილირება C60-ისთვის განზავებული H2O2-ის (30%) გამოყენებით არის მარტივი და სწრაფი ერთსაფეხურიანი რეაქცია ფულერენოლის მოსამზადებლად. მოითხოვს მხოლოდ მოკლე დროს რეაქციისთვის, ულტრაბგერითი რეაქცია სთავაზობს ეკოლოგიურად სუფთა და მწვანე მიდგომას დაბალი ენერგეტიკული მოთხოვნით, თავიდან აცილებს ნებისმიერი ტოქსიკური ან კოროზიული რეაგენტის გამოყენებას სინთეზისთვის და ამცირებს იმ გამხსნელების რაოდენობას, რომელიც საჭიროა C60(OH)8∙2H2O.
UP400St (400W, 24kHz) არის ძლიერი ულტრაბგერითი დისპერგატორი
ულტრაბგერითი პოლიჰიდროქსილირების გზა
როდესაც ინტენსიური ულტრაბგერითი ტალღები შედის სითხეში, მერყევი დაბალი წნევის / მაღალი წნევის ციკლები ქმნიან ვაკუუმის ბუშტუკებს სითხეში. ვაკუუმის ბუშტუკები იზრდება რამდენიმე ციკლის განმავლობაში, სანამ ისინი ვერ შეძლებენ მეტი ენერგიის შთანთქმას, ისე რომ ისინი ძალადობრივად ჩაიშალონ. ბუშტუკის ჩაშლის დროს ხდება ექსტრემალური ფიზიკური ეფექტები, როგორიცაა მაღალი ტემპერატურა და წნევის სხვაობები, დარტყმითი ტალღები, მიკროჯეტები, ტურბულენტობა, ძვრის ძალები და ა.შ. ეს ფენომენი ცნობილია, როგორც ულტრაბგერითი ან აკუსტიკური კავიტაცია.ულტრაბგერითი კავიტაციის ეს ინტენსიური ძალები მოლეკულებს შლიან cOH და cOOH55 რადიკალებად.
Afreen et al. (2017) თვლიან, რომ რეაქცია შეიძლება მიმდინარეობდეს ორი გზით პარალელურად. cOH რადიკალები, როგორც აქტიური ჟანგბადის სახეობები (ROS), უკავშირდებიან C60 კარკასს და წარმოქმნიან ფულერენოლს (გზა I), და/ან –OH და cOOH რადიკალები უტევენ ელექტრონებით დეფიციტურ C60 ორმაგ ბმებს ნუკლეოფილური რეაქციის გზით, რაც იწვევს ფულერენის ეპოქსიდის წარმოქმნას [C60On] როგორც შუალედური პროდუქტი პირველ ეტაპზე (გზა II), რაც მსგავსია Bingel-ის რეაქციის მექანიზმის. გარდა ამისა, cOH (ან cOOH) რადიკალების განმეორებითი შეტევა C60O-ზე SN2 რეაქციის გზით იწვევს პოლიჰიდროქსილირებული ფულერენის ანუ ფულერენოლის წარმოქმნას.
შესაძლებელია განმეორებითი ეპოქსიდირება, რაც წარმოქმნის თანმიმდევრულ ეპოქსიდურ ჯგუფებს, მაგ., C60O2 და C60O3. ეს ეპოქსიდური ჯგუფები შეიძლება იყოს სხვა შუალედური პროდუქტების, მაგ., ჰიდროქსილირებული ფულერენის ეპოქსიდის წარმოქმნის შესაძლო კანდიდატები სონოლიზის (= სონოქიმიური დაშლის) დროს. გარდა ამისა, C60(OH)xOy-ის შემდგომი რგოლის გახსნა cOH-ით შეიძლება გამოიწვიოს ფულერენოლის წარმოქმნა. ამ შუალედური პროდუქტების წარმოქმნა H2O2-ის ან H2O-ის სონოლიზის დროს C60-ის არსებობისას გარდაუვალია, და მათი არსებობა საბოლოო ფულერენოლში (მიუხედავად იმისა, რომ მცირე რაოდენობით) ვერ დარჩება უყურადღებოდ. თუმცა, რადგან ისინი ფულერენოლში მხოლოდ მცირე რაოდენობით არის წარმოდგენილი, არ არის მოსალოდნელი, რომ ისინი გამოიწვევენ რაიმე მნიშვნელოვან გავლენას. [Afreen et al., 2017]
მაღალი ეფექტურობის სონიკატორები ფულერენების დისპერსიისთვის
Hielscher Ultrasonics აწვდის პრობის ტიპის სონიკატორებს თქვენი სპეციფიკური მოთხოვნებისთვის: მიუხედავად იმისა, გსურთ თუ არა მცირე მოცულობების ულტრაბგერითი დამუშავება ლაბორატორიულ მასშტაბში თუ დიდი მოცულობის ნაკადის წარმოება სამრეწველო მასშტაბში, Hielscher-ის მაღალი ეფექტურობის სონიკატორების პორტფელი გთავაზობთ იდეალურ გადაწყვეტას თქვენი ფულერენების დისპერსიისთვის. მაღალი სიმძლავრე, ზუსტი რეგულირებადობა და ჩვენი ულტრაბგერითი აპარატების საიმედოობა უზრუნველყოფს თქვენი პროცესის მოთხოვნების შესრულებას. ციფრული სახის ეკრანები და ულტრაბგერითი პარამეტრების ავტომატური ჩაწერა ინტეგრირებულ SD ბარათზე ხდის ჩვენი ულტრაბგერითი მოწყობილობების მართვას და ექსპლუატაციას ძალიან მოსახერხებელს.
Hielscher-ის ულტრაბგერითი დანადგარების გამძლეობა საშუალებას იძლევა ისინი იმუშაონ 24/7 რეჟიმში მძიმე დატვირთვისა და მაღალი მოთხოვნების მქონე გარემოში.
ქვემოთ მოცემული ცხრილი გაძლევთ წარმოდგენას ჩვენი ულტრაბგერითი აპარატების მიახლოებითი დამუშავების სიმძლავრის შესახებ:
| პარტიის მოცულობა | მოცულობითი ხარჯი | რეკომენდებული მოწყობილობები |
|---|---|---|
| 1-დან 500mL-მდე | 10-დან 200mL/min-მდე | UP100H |
| 10-დან 2000mL-მდე | 20-დან 400mL/min-მდე | UP200Ht, UP400St |
| 0,1-დან 20L-მდე | 0,2-დან 4L/min-მდე | UIP2000hdT |
| 10-დან 100L-მდე | 2-დან 10L/min-მდე | UIP4000hdT |
| n.a. | 10-დან 100L/min-მდე | UIP16000 |
| n.a. | უფრო დიდი | კლასტერი UIP16000 |
დაგვიკავშირდით! / დაგვისვით!
მაღალი სიმძლავრის ულტრაბგერითი პროცესორები ლაბორატორიულიდან პილოტურ და სამრეწველო მასშტაბამდე.
ლიტერატურა/რეფერატები
- Sadia Afreen, Kasturi Muthoosamy, Sivakumar Manickam (2018): Sono-nano chemistry: A new era of synthesising polyhydroxylated carbon nanomaterials with hydroxyl groups and their industrial aspects. Ultrasonics Sonochemistry 2018.
- Sadia Afreen, Kasturi Muthoosamy, Sivakumar Manickam (2017): Hydration or hydroxylation: direct synthesis of fullerenol from pristine fullerene [C60] via acoustic cavitation in the presence of hydrogen peroxide. RSC Adv., 2017, 7, 31930–31939.
- Grigory V. Andrievsky, Vadim I. Bruskov, Artem A. Tykhomyrov, Sergey V. Gudkov (2009): Peculiarities of the antioxidant and radioprotective effects of hydrated C60 fullerene nanostuctures in vitro and in vivo. Free Radical Biology & Medicine 47, 2009. 786–793.
- Mihajlo Gigov, Borivoj Adnađević, Borivoj Adnađević, Jelena D. Jovanovic (2016): Effect of ultrasonic field on isothermal kinetics of fullerene polyhydroxylation. 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): Polyhydroxylated C60 Fullerenes Prevent Chondrocyte Catabolic Activity at Nanomolar Concentrations in Osteoarthritis. Journal of Osteoarthritis 2016, 1:115.
[/toggle]
ფაქტები, რომლებიც ღირს ცოდნა
C60 ფულერენები
C60 ფულერენი (ასევე ცნობილი როგორც ბუკიბოლი ან ბაკმინსტერის ფულერენი) არის მოლეკულა, რომელიც შედგება 60 ნახშირბადის ატომისგან, განლაგებული როგორც 12 პენტაგონი და 20 ჰექსაგონი. C60 მოლეკულის ფორმა ჰგავს ფეხბურთის ბურთს. C60 ფულერენები არის არატოქსიკური ანტიოქსიდანტი, რომელიც ავლენს 100–1000-ჯერ უფრო მაღალ პოტენციალს ვიტამინ E-თან შედარებით. მიუხედავად იმისა, რომ თავად C60 წყალში არ იხსნება, სინთეზირებულია ბევრი მაღალ წყალში ხსნადი ფულერენის წარმოებული, როგორიცაა ფულერენოლი.
C60 ფულერენები გამოიყენება როგორც ანტიოქსიდანტი და როგორც ბიოფარმაცევტიკული საშუალება. სხვა გამოყენებებს შორისაა მასალების მეცნიერება, ორგანული ფოტოელექტრული (OPV), კატალიზატორები, წყლის გასუფთავება და ბიოლოგიური საფრთხისგან დაცვა, პორტატული ენერგია, ტრანსპორტი და სამედიცინო მოწყობილობები.
სუფთა C60-ის ხსნადობა:
- წყალში: არ იხსნება
- დიმეთილსულფოქსიდში (DMSO): არ იხსნება
- ტოლუოლში: იხსნება
- ბენზოლში: იხსნება
C60 ფულერენების ზედაპირული სტრუქტურა
წყარო: Yoshioka et al. 2016
პოლიჰიდროქსილირებული C60 / ფულერენოლები
ფულერენოლი ან ფულეროლები არის პოლიჰიდროქსილირებული C60 მოლეკულები (ჰიდრატირებული C60 ფულერენი: C60HyFn). ჰიდროქსილირების რეაქცია C60 მოლეკულას უმატებს ჰიდროქსილის ჯგუფებს (-OH). C60 მოლეკულებს, რომლებსაც აქვთ 40-ზე მეტი ჰიდროქსილის ჯგუფი, აქვთ უფრო მაღალი წყალში ხსნადობა (>50 mg/mL). ისინი წყალში არსებობენ როგორც მონოდისპერსიული ნანონაწილაკები და აქვთ მნიშვნელოვანი პოლირების ეფექტი. ისინი ავლენენ უმაღლეს ანტიოქსიდანტურ და ანთების საწინააღმდეგო თვისებებს. პოლიჰიდროქსილირებული ფულერენები (ფულერენოლები; C60(OH)n) შეიძლება გაიხსნას ზოგიერთ სპირტში და შემდეგ დაილექოს ელექტროქიმიური პროცესის შედეგად, რაც ქმნის ნანონახშირბადის ფენას ანოდზე. ფულერენოლის ფენები გამოიყენება როგორც ბიოთავსებადი საფარი, რომელიც ინერტულია ბიოლოგიური ობიექტების მიმართ და შეუძლია ხელი შეუწყოს არაბიოლოგიური ობიექტების ინტეგრაციას სხეულის ქსოვილებში.
ფულერენოლის ხსნადობა:
- წყალში: იხსნება, შეიძლება მიაღწიოს >50 mg/mL
- დიმეთილსულფოქსიდში (DMSO): იხსნება
- მეთანოლში: ნაკლებად იხსნება
- ტოლუოლში: არ იხსნება
- ბენზოლში: არ იხსნება
ფერი: ფულერენოლი, რომელიც შეიცავს 10-ზე მეტ –OH ჯგუფს, ავლენს მუქ ყავისფერ ფერს. –OH ჯგუფების რაოდენობის ზრდასთან ერთად, ფერი ნელ-ნელა იცვლება მუქი ყავისფერიდან ყვითელში.
C60(OH)8.2H2O-ის ხსნადობა C60-თან შედარებით სხვადასხვა გამხსნელში. წყარო: Afreen et al. 2017
ფულერენოლების გამოყენება და დანიშნულება:
- ფარმაცევტიკა: დიაგნოსტიკური რეაგენტები, სუპერ წამლები, კოსმეტიკა, ბირთვული მაგნიტური რეზონანსი (NMR) შემმუშავებელთან ერთად. დნმ-ისადმი აფინობა, აივ-ის საწინააღმდეგო წამლები, კიბოს საწინააღმდეგო წამლები, ქიმიოთერაპიის წამლები, კოსმეტიკის დანამატები და სამეცნიერო კვლევა. საწყის ფორმასთან შედარებით, პოლიჰიდროქსილირებულ ფულერენებს მეტი პოტენციური გამოყენება აქვთ წყალში გაზრდილი ხსნადობის გამო. აღმოჩენილია, რომ ფულეროლებს შეუძლიათ შეამცირონ ზოგიერთი წამლის კარდიოტოქსიკურობა და დათრგუნონ აივ-პროტეაზა, C ჰეპატიტის ვირუსი და უჯრედების არანორმალური ზრდა. გარდა ამისა, ფიზიოლოგიურ პირობებში ისინი ავლენენ ჟანგბადის რეაქტიული ფორმებისა და რადიკალების ეფექტიანად განეიტრალების უნარს.
- ენერგეტიკა: მზის ბატარეა, საწვავის ელემენტი, მეორადი ბატარეა.
- მრეწველობა: ცვეთამედეგი მასალა, ცეცხლგამძლე მასალები, საპოხი მასალები, პოლიმერული დანამატები, მაღალეფექტური მემბრანა, კატალიზატორი, ხელოვნური ალმასი, მყარი შენადნობი, ელექტროვისკოზური სითხე, საბეჭდი საღებავის ფილტრები, მაღალეფექტური საფარები, ცეცხლგამძლე საფარები, ბიოაქტიური მასალების წარმოება, მეხსიერების მასალები, ჩაშენებული მოლეკულური და სხვა მახასიათებლები, კომპოზიტური მასალები და ა.შ.
- ინფორმაციული ინდუსტრია: ნახევარგამტარული ჩამწერი მედია, მაგნიტური მასალები, საბეჭდი საღებავი, ტონერი, საღებავი, სპეციალური დანიშნულების ქაღალდი.
- ელექტრონული ნაწილები: ზეგამტარი ნახევარგამტარი, დიოდები, ტრანზისტორები, ინდუქტორი.
- ოპტიკური მასალები, ელექტრონული კამერა, ფლუორესცენტული ინდიკატორული მილი, არაწრფივი ოპტიკური მასალები.
- გარემო: აირების ადსორბცია, აირების შენახვა.