Ar ultraskaņu polihidroksilēts C60 (fullerenols)

• Ūdenī šķīstošs polihidroksilēts C60 fullerēns, ko sauc par fullerenolu vai fullerolu, ir spēcīgs brīvo radikāļu saistītājs, tāpēc to izmanto kā antioksidantu uztura bagātinātājos un farmaceitiskajos preparātos.
• Ultraskaņas hidroksilēšana ir ātra un vienkārša vienpakāpes reakcija, ko izmanto ūdenī šķīstoša polihidroksilēta C60 iegūšanai.
• Ar ultraskaņu sintezētam ūdenī šķīstošam C60 ir augstāka kvalitāte, un to izmanto farmācijā un lietojumos ar augstām veiktspējas prasībām.

Polihidroksilēta C60 vienpakāpes sintēze ar ultraskaņu

Ultraskaņas kavitācija ir pārāka metode augstas kvalitātes polihidroksilētu C60 fullerēnu iegūšanai, kuri šķīst ūdenī un tāpēc ir izmantojami dažādos lietojumos farmācijā, medicīnā un rūpniecībā. Afreen et al (2017) ir izstrādājuši ātru un vienkāršu polihidroksilēta C60 (pazīstams arī kā fullerenols vai fullerols) sintēzi ar ultraskaņu bez piesārņojuma. Ultraskaņas vienpakāpes reakcijā izmanto H2O2 un neizmanto papildu hidroksilējošos reaģentus, proti, NaOH, H2SO4 un fāžu pārneses katalizatorus (PTC), kas sintezētajā fullerenolā rada piemaisījumus. Tādējādi fullerenola sintēze ar ultraskaņu ir tīrāka pieeja fullerenola iegūšanai; vienlaikus tas ir vienkāršāks un ātrāks veids, kā iegūt augstas kvalitātes ūdenī šķīstošu C60.

Iespējamie reakcijas ceļi fullerenola sintēzē ar ultraskaņas palīdzību atšķaidīta H2O2 (30%) klātbūtnē.
avots: Afreen et al. 2017

Ūdenī šķīstoša C60 sintēze ar ultraskaņu – soli pa solim

Lai ātri, vienkārši un videi draudzīgi iegūtu ūdenī šķīstošu polihidroksilētu C60, 200 mg tīra C60 pievieno 20mL 30% H2O2 un apstrādā ar ultraskaņu, izmantojot ultraskaņas apstrādes ierīču modeļus UP200Ht vai UP200St. Apstrādes ar ultraskaņu parametri bija 30% amplitūda un 200 W impulsu režīmā 1 h istabas temperatūrā. Reakcijas trauku ievieto dzesējamā ūdens vannā ar cirkulāciju, lai temperatūru trauka iekšpusē uzturētu apkārtējās vides temperatūrā. Pirms apstrādes ar ultraskaņu C60 nesajaucas ar H2O2 ūdens šķīdumu un veido bezkrāsainu heterogēnu maisījumu, kas pēc 30 min apstrādes ar ultraskaņu kļūst gaiši brūns. Pēc tam nākamo 30 min apstrādes ar ultraskaņu laikā tas pārvēršas pilnībā tumši brūnā dispersijā.
Hidroksilgrupu donors: intensīva ultraskaņas radīta (= akustiskā) kavitācija no H2O un H2O2 molekulām rada tādus radikāļus kā cOH, cOOH un cH. H2O2 izmantošana ūdens vidē ir efektīvāka pieeja –OH grupu pievienošanai C60 karkasam nekā tikai H2O izmantošana fullerenola sintēzē. H2O2 ir nozīmīga loma ultraskaņas hidroksilēšanas intensificēšanā.

C60 hidroksilēšana ar ultraskaņu, izmantojot atšķaidītu H2O2 (30%), ir vienkārša un ātra vienpakāpes reakcija fullerenola iegūšanai. Tā kā reakcijai nepieciešams tikai īss laiks, ultraskaņas reakcija piedāvā videi draudzīgu un tīru pieeju ar zemu enerģijas patēriņu, ļaujot sintēzē izvairīties no jebkādu toksisku vai korozīvu reaģentu izmantošanas un samazināt šķīdinātāju skaitu, kas nepieciešams, lai atdalītu un attīrītu C60(OH)₈∙2H₂O.

Ultraskaņas polihidroksilēšanas reakcijas ceļš

Kad šķidrumā ievada intensīvus ultraskaņas viļņus, mainīgi zema spiediena / augsta spiediena cikli šķidrumā rada vakuuma burbuļus. Vakuuma burbuļi aug vairākus ciklus, līdz vairs nespēj absorbēt papildu enerģiju, un tad tie strauji sabrūk. Burbuļu sabrukšanas laikā rodas ekstremālas fizikālas parādības, piemēram, lielas temperatūras un spiediena starpības, triecienviļņi, mikrostrūklas, turbulence, bīdes spēki utt. Šo parādību sauc par ultraskaņas kavitāciju jeb akustisko kavitāciju. Šie intensīvie ultraskaņas kavitācijas spēki sadala molekulas cOH un cOOH55 radikāļos.
Afreen et al. (2017) pieņem, ka reakcija var vienlaikus norisināties pa diviem ceļiem. cOH radikāļi kā reaktīvās skābekļa formas (ROS) pievienojas C60 karkasam, veidojot fullerenolu (I ceļš), un/vai –OH un cOOH radikāļi nukleofīlā reakcijā uzbrūk elektronu deficītajām C60 dubultsaitēm, un tas izraisa fullerēna epoksīda [C60On] kā starpprodukta veidošanos pirmajā posmā (II ceļš), kas ir līdzīgs Bingela reakcijas mehānismam. Turklāt atkārtots cOH (vai cOOH) uzbrukums C60O SN2 reakcijā rada polihidroksilētu fullerēnu jeb fullerenolu.
Var notikt atkārtota epoksidēšana, kurā secīgi veidojas epoksīdgrupas, piemēram, C60O2 un C60O3. Šīs epoksīdgrupas sonolīzes (= sonoķīmiskās sadalīšanās) laikā varētu veidot citus starpproduktus, piemēram, hidroksilētu fullerēna epoksīdu. Turklāt turpmāka C60(OH)xOy gredzena atvēršanās reakcijā ar cOH var izraisīt fullerenola veidošanos. Šo starpproduktu veidošanās H2O2 vai H2O sonolīzes laikā C60 klātbūtnē ir neizbēgama, un to klātbūtni galaproduktā fullerenolā (kaut arī tikai niecīgā daudzumā) nevar atstāt neievērotu. Tomēr, tā kā fullerenolā tie ir sastopami tikai niecīgā daudzumā, nav sagaidāms, ka tie radīs būtisku ietekmi. [Afreen et al., 2017]

Augstas veiktspējas ultraskaņas apstrādes iekārtas fullerēnu disperģēšanai

Hielscher Ultrasonics piegādā jūsu konkrētajām prasībām atbilstošas zondes tipa ultraskaņas apstrādes iekārtas: neatkarīgi no tā, vai vēlaties apstrādāt ar ultraskaņu nelielus tilpumus laboratorijas mērogā vai nodrošināt liela tilpuma plūsmu rūpnieciskā mērogā, Hielscher augstas veiktspējas ultraskaņas apstrādes iekārtu klāsts piedāvā ideālu risinājumu fullerēnu disperģēšanai. Mūsu ultraskaņas apstrādes iekārtu lielā izejas jauda, precīzās regulēšanas iespējas un uzticamība nodrošina jūsu procesa prasību izpildi. Digitālie skārienekrāni un ultraskaņas parametru datu automātiska ierakstīšana iebūvētajā SD kartē padara mūsu ultraskaņas iekārtu lietošanu un vadību ļoti ērtu.
Hielscher ultraskaņas iekārtu izturība ļauj tās darbināt 24/7 lielas slodzes un sarežģītos vides apstākļos.
Tālāk sniegtā tabula sniedz priekšstatu par mūsu ultraskaņas apstrādes iekārtu aptuveno apstrādes jaudu: