Ultraschall polyhydroxyléiert C60 (Fullerenol)
- Waasserlöslech polyhydroxyléiert C60 Fulleren, genannt Fullerenol oder Fullerol, ass e staarke fräie Radikale Scavenger a gëtt dofir als Antioxidant an Ergänzungen a Medikamenter benotzt.
- Ultrasonic Hydroxylatioun ass eng séier an einfach Een-Schrëtt Reaktioun, déi benotzt gëtt fir Waasserlöslech polyhydroxyléiert C60 ze produzéieren.
- Ultraschall synthetiséiert Waasserlöslech C60 huet super Qualitéit a gëtt fir Pharma- a High-Performance Uwendungen benotzt.
Ultrasonic One-Step Synthese vu Polyhydrolxylatéierte C60
Ultraschall Kavitatioun ass déi super Technik fir héichqualitativ polyhydroxyléiert C60 Fullerenen ze produzéieren, déi Waasserléislech sinn a kënnen dofir a verschiddenen Uwendungen an der Pharma, Medizin an Industrie benotzt ginn. Afreen et al (2017) hunn eng séier an einfach Ultraschallsynthese vu kontaminéierte polyhydroxyléierte C60 (och bekannt als Fullerenol oder Fullerol) entwéckelt. D'Ultraschall-Een-Schrëtt-Reaktioun benotzt H2O2 an ass fräi vun der Notzung vun zousätzlech Hydroxylatéierungsreagens, dh NaOH, H2SO4, a Phasetransfer Katalysatoren (PTC), déi Gëftstoffer am synthetiséierte Fullerenol verursaachen. Dëst mécht d'Ultraschall Fullerenol Synthese ass eng méi propper Approche fir Fullerenol ze produzéieren; gläichzäiteg ass et e méi einfache a méi séier Wee fir héichqualitativ, Waasserlöslech C60 ze produzéieren.
Méiglech Reaktiounsweeër an der Ultraschall-assistéierter Synthese vu Fullerenol an der Präsenz vun Dil. H2O2 (30%).
Quelle: Afreen et al. 2017
Ultrasonic Synthes vu Waasserléisleche C60 – Schrëtt fir Schrëtt
Fir déi séier, einfach a gréng Virbereedung vu polyhydroxyléierter C60, wat Waasserléislech ass, gëtt 200 mg pure C60 op 20mL 30% H2O2 bäigefüügt a mat de Sonicator Modeller sonicéiert UP200Ht oder UP 200 St. D'Sonicatiounsparameter waren 30% Amplitude, 200 W am gepulste Modus fir 1 h bei Raumtemperatur. D'Reaktiounsbehälter gëtt an e gekillte Zirkulatorwasserbad gesat fir d'Temperatur am Behälter bei Ëmfeldtemperatur ze halen. Virun Sonikatioun ass C60 onmëschbar an wässerlechen H2O2 an ass eng faarweg heterogen Mëschung, déi no 30 min Ultraschall zu enger hellbraune Faarf gëtt. Duerno, an den nächsten 30 min vun der Ultraschall gëtt et an eng komplett donkelbrong Dispersioun.
Hydroxyl Donor: Intens ultraschall generéiert (= akustesch) Kavitatioun erstellt Radikale wéi cOH, cOOH a cH aus H2O an H2O2 Molekülen. D'Benotzung vun H2O2 an wässerleche Medien ass eng méi effizient Approche fir -OH Gruppen op de C60 Käfeg anzeféieren anstatt nëmmen H2O fir d'Synthese vu Fullerenol ze benotzen. H2O2 spillt eng wichteg Roll an der UltraschallHydroxylatiounsintensivéierung.
Ultraschall Hydroxylatioun vu C60 mat Hëllef vun Dil. H2O2 (30%) ass eng liicht a séier Een-Schrëtt Reaktioun fir Fullerenol ze preparéieren. Erfuerdert nëmmen eng kuerz Zäit fir d'Reaktioun, bitt d'Ultraschallreaktioun eng gréng a propper Approche mat engem nidderegen Energiebedarf, vermeit d'Benotzung vun all gëftege oder korrosive Reagenz fir d'Synthese, an d'Reduktioun vun der Unzuel vun de Léisungsmëttelen, déi fir d'Trennung an d'Reinigung vun C60(OH)8∙2H2O.
UP400St (400W, 24kHz) ass e mächtege Ultraschall-Disperger
Ultraschall Polyhydroxylatiounswee
Wann intensiv Ultraschallwellen an eng Flëssegkeet gekoppelt sinn, erstellen alternéierend Low-Drock / High-Drock-Zyklen Vakuumblasen an der Flëssegkeet. D'Vakuumblasen wuessen iwwer e puer Zyklen bis se net méi Energie absorbéiere kënnen, sou datt se gewalteg zesummeklappen. Wärend dem Bubblekollaps extrem kierperlech Effekter wéi héich Temperatur- an Drockdifferenzen, Schockwellen, Mikrojets, Turbulenzen, Schéierkräften, asw.. Dëst Phänomen ass bekannt als Ultraschall oder Ultraschall. akustesch Kavitatioun.Dës intensiv Kräfte vun der Ultraschallkavitatioun zersetzen d'Moleküle op cOH a cOOH55 Radikale.
Afreen et al. (2017) huelen un datt d'Reaktioun op zwee Weeër gläichzäiteg weidergoe kann. cOH Radikale als reaktiv Sauerstoffspezialitéiten (ROS) befestigen sech op de C60 Käfeg fir Fullerenol (Path I) ze ginn, an / oder –OH a cOOH Radikaler attackéieren déi elektronmangelméisseg C60 Duebelbindungen an enger nukleophiler Reaktioun an dëst féiert zu der Bildung vu Fulleren Epoxid. [C60On] als Zwëschenzäit an der éischter Etapp (Path II) wat dem Mechanismus vun der Bingel Reaktioun ähnlech ass. Weider resultéiert de widderholl Attack vu cOH (oder cOOH) op C60O iwwer eng SN2 Reaktioun zu polyhydroxyléierte Fulleren oder Fullerenol.
Widderholl Epoxidatioun ka stattfannen, déi successiv Epoxidgruppen produzéiert, zB C60O2 a C60O3. Dës Epoxidgruppen kéinte méiglech Kandidate sinn fir aner Zwëscheprodukter zB hydroxyléiert Fulleren Epoxid wärend der Sonolyse (= sonochemesch Zersetzung) ze generéieren. Zousätzlech kann déi spéider Ringöffnung vu C60 (OH) xOy mat cOH zu der Bildung vu Fullerenol féieren. D'Bildung vun dësen Zwëscheprodukter während der Sonolyse vun H2O2 oder H2O an der Präsenz vu C60 ass inévitabel, an hir Präsenz am finalen Fullerenol (obwuel an enger Spuerbetrag) kann net onnotéiert ginn. Wéi och ëmmer, well se nëmmen a Spuermengen am Fullerenol präsent sinn, gi se net erwaart e wesentlechen Impakt ze verursaachen. [Afreen et al., 2017]
High-Performance Sonicators fir Fulleren Dispersioun
Hielscher Ultrasonics liwwert Sonde-Typ Sonicatoren fir Är spezifesch Ufuerderungen: Egal ob Dir kleng Volumen op Labo Skala sonicate wëllt oder e grousse Volume Stream op industrieller Skala produzéieren, bitt den Hielscher Portfolio vu High-Performance Sonicatoren déi perfekt Léisung fir Är Fulleren Dispersioun. Déi héich Kraaftoutput, präzis Upassbarkeet an d'Zouverlässegkeet vun eisen Ultraschaller suergen dofir datt Är Prozessfuerderunge erfëllt sinn. Digital Touchscreens an automatesch Datenopnam vun den Ultraschallparameter op enger integréierter SD Kaart maachen d'Operatioun an d'Kontroll vun eisen Ultraschall-Geräter ganz userfrëndlech.
D'Robustitéit vun der Hielscher Ultraschallausrüstung erlaabt 24/7 Operatioun bei schwéierer Pflicht an an usprochsvollen Ëmfeld.
D'Tabell hei drënner gëtt Iech eng Indikatioun vun der geschätzter Veraarbechtungskapazitéit vun eisen Ultraschaller:
| Batch Volume | Duerchflossrate | Recommandéiert Apparater |
|---|---|---|
| 1 bis 500 ml | 10 bis 200 ml/min | UP100H |
| 10 bis 2000 ml | 20 bis 400 ml/min | UP200Ht, UP 400 St |
| 0.1 bis 20L | 02 bis 4 l/min | UIP2000hdT |
| 10 bis 100 l | 2 bis 10 l/min | UIP4000hdT |
| na | 10 bis 100 l/min | UIP16000 |
| na | méi grouss | Stärekoup vun UIP16000 |
Kontaktéiert eis! / Frot eis!
Héich-Muecht Ultraschall Prozessoren aus Labo zu Pilot an industriell Skala.
Literatur / Referenzen
- Sadia Afreen, Kasturi Muthoosamy, Sivakumar Manickam (2018): Sono-Nano Chimie: Eng nei Ära vun der Synthese vu polyhydroxyléierte Kuelestoff Nanomaterialien mat Hydroxylgruppen an hiren industriellen Aspekter. Ultrasonics Sonochemistry 2018.
- Sadia Afreen, Kasturi Muthoosamy, Sivakumar Manickam (2017). RSC Adv., 2017, 7, 31930–31939.
- Grigory V. Andrievsky, Vadim I. Bruskov, Artem A. Tykhomyrov, Sergey V. Gudkov (2009): Besonneschheeten vun den antioxidant a radioprotective Effekter vun hydratiséierte C60 Fulleren Nanostrukturen in vitro an in vivo. Fräi Radikal Biologie & Medezin 47, 2009. 786-793.
- Mihajlo Gigov, Borivoj Adnađević, Borivoj Adnađević, Jelena D. Jovanovic (2016): Effekt vum Ultraschallfeld op isothermesch Kinetik vu Fulleren Polyhydroxylatioun. Science vun Sintering 2016, 48 (2): 259-272.
- Hirotaka Yoshioka, Naoko Yui, Kanaka Yatabe, Hiroto Fujiya, Haruki Musha, Hisateru Niki, Rie Karasawa, Kazuo Yudoh (2016). Journal vun Osteoarthritis 2016, 1:115.
[/wechsel]
Fakten Worth Wëssen
C60 Fullerenes
E C60 Fulleren (och bekannt als Buckyball oder Buckminster Fulleren) ass eng Molekül déi aus 60 Kuelestoffatome gebaut ass, arrangéiert als 12 Pentagonen an 20 Hexagonen. D'Form vun engem C60 Molekül gläicht engem Fussball. D'C60 Fulleren sinn en net gëftege Antioxidant, deen eng Potenz 100-1000 méi héich weist wéi Vitamin E. Obwuel C60 selwer net Waasserlöslech ass, sinn vill héich Waasserlöslech Fulleren Derivate wéi Fullenerol synthetiséiert ginn.
C60 Fulleren ginn als Antioxidant an als Biopharmazeutesch benotzt. Aner Uwendungen enthalen Materialwëssenschaft, organesch Photovoltaik (OPV), Katalysatoren, Waasserreinigung a Biohazard Schutz, portable Kraaft, Gefierer a medizinesch Geräter.
Solubilitéit vu pure C60:
- am Waasser: net soluble
- am Dimethylsulfoxid (DMSO): net löslech
- an toluene: soluble
- am Benzen: soluble
Uewerfläch Struktur vun C60 fullerenes
Quelle: Yoshioka et al. 2016
Polyhydroxyléiert C60 / Fullenerolen
Fullernerol oder Fullerole si polyhydroxyléiert C60 Moleküle (hydratiséiert C60 Fulleren: C60HyFn). D'Hydrolylatiounsreaktioun féiert Hydroxylgruppen (-OH) an d'C60 Molekül. C60 Moleküle mat iwwer 40 Hydroxylgruppen hunn eng méi héich Waasserléislechkeet (>50 mg/ml). Dës existéieren als monodisperse Nanopartikel am Waasser, an hunn e valante poléierend Effekt. Si weisen superieur antioxidant an anti-inflammatoresch Eegeschaften. Polyhydroxyléiert Fullerenen (Fullerenolen; C60(OH)n) kënnen an e puer Alkohole opgeléist ginn an dann an engem elektrochemesche Prozess ausfällt, an en Nanocarbonfilm op der Anode kreéieren. Fullerenol Filmer ginn als biokompatibel Beschichtung benotzt, inert zu biologeschen Objeten a kënnen d'Integratioun vun net-biologeschen Objeten a Kierpergewebe erliichteren.
Solubilitéit vu Fullenerol:
- am Waasser: soluble, kann erreechen >50 mg/ml
- am Dimethylsulfoxid (DMSO): löslech
- am Methanol: liicht soluble
- an toluene: net soluble
- am Benzen: net soluble
Faarf: Fullerenol mat méi wéi 10 -OH Gruppen weisen eng donkelbrong Faarf. Mat enger ëmmer méi Unzuel vun -OH Gruppen verännert sech d'Faarf graduell vun donkelbrong op giel.
Solubilitéit vun der Solubilitéit vu C60(OH)8.2H2O am Verglach zu C60 a verschiddene Léisungsmëttelen. Quelle: Afreen et al. 2017
Uwendungen a Gebrauch vu Fullerenolen:
- Pharmazeutesch: Diagnostesch Reagenz, Super Drogen, Kosmetik, Nuklearmagnetesch Resonanz (NMR) mam Entwéckler. DNA Affinitéit, Anti-HIV Medikamenter, Anti-Kriibs Medikamenter, Chemotherapie Medikamenter, Kosmetik Additive a wëssenschaftlech Fuerschung. Am Verglach mat der pristine Form hu polyhydroxyléiert Fullerenen méi potenziell Uwendungen wéinst hirer verstäerkter Waasserléislechkeet. Et gouf fonnt datt Fullerole d'Kardiotoxizitéit vun e puer Medikamenter reduzéieren an HIV-Protease, Hepatitis C Virus an anormalen Zellwachstum hemmen. Ausserdeem hunn se exzellent fräi Radikal-Scavenging-Fäegkeeten géint reaktiv Sauerstoffaarten a Radikale ënner physiologesche Bedéngungen gewisen.
- Energie: Solarbatterie, Brennstoffzell, Secondaire Batterie.
- Industrie: Verschleißbeständeg Material, Flam-retardant Materialien, Schmierstoff, Polymeradditive, High-Performance Membran, Katalysator, Kënschtlech Diamant, Hard Legierung, elektresch viskos Flëssegkeet, Tëntfilter, High-Performance Beschichtungen, Feierretardant Beschichtungen, Fabrikatioun vu bioaktiven Materialien, Memory Materialien , embedded molekulare an aner Charakteristiken, Kompositmaterialien etc.
- Informatioun Industrie: Semiconductor Rekord Medium, Magnéitescht Material, Dréckerei Tënt, Toner, Tënt, Pabeier speziell Zwecker.
- Elektronesch Deeler: Superleitend Halbleiter, Dioden, Transistoren, Induktor.
- Optesch Materialien, elektronesch Kamera, Fluoreszenz Display Röhre, net-linear optesch Materialien.
- Ëmfeld: Gasadsorptioun, Gaslagerung.