Ultrasonisch Polyhydroxylated C60 (Fullerenol)
- In water oplosbaar polyhydroxylated polyhydroxylated C60 fullereen, genoemd fullerenol of fullerol, is een sterke vrije radicalenvanger en wordt daarom gebruikt als een antioxidant in supplementen en geneesmiddelen.
- Ultrasone hydroxylering is een snelle en eenvoudige eenstaps-reactie, die wordt gebruikt om in water oplosbare polyhydroxyl C60 te produceren.
- Ultrasoon gesynthetiseerde, in water oplosbare C60 heeft een superieure kwaliteit en wordt gebruikt voor farmaceutische en hoogwaardige toepassingen.
Ultrasone één-staps synthese van polyhydrolysaat C60 in één stap
Ultrasone cavitatie is de superieure techniek om hoogwaardige polyhydroxyleerde C60 fullereenheden te produceren, die in water oplosbaar zijn en daarom in verschillende toepassingen in de farma, geneeskunde en industrie kunnen worden gebruikt. Afreen et al (2017) hebben een snelle en eenvoudige ultrasone synthese van verontreinigingsvrije polyhydroxyleerde C60 (ook bekend als fullerenol of fullerol) ontwikkeld. De ultrasone eenstapsreactie maakt gebruik van H2de2 en is vrij van het gebruik van extra hydroxylerende reagentia, d.w.z. NaOH, H2ZO4en fase transfer katalysatoren (PTC), die onzuiverheden in het gesynthetiseerde fullerenol veroorzaken. Dit maakt de ultrasone fullerenolsynthese een schonere benadering om fullerenol te produceren; tegelijkertijd is het een eenvoudigere en snellere manier om hoogwaardige, in water oplosbare C60 te produceren.
Mogelijke reactietrajecten in de ultrasone synthese van fullerenol bij aanwezigheid van dilatatie. H2O2 (30%).
bron: Afreen et al. 2017
Ultrasone synthese van in water oplosbaar C60 – Stap voor stap
Voor de snelle, eenvoudige en groene bereiding van polyhydroxyleerd C60, dat in water oplosbaar is, wordt 200 mg zuiver C60 toegevoegd aan 20 ml 30% H2de2 en gezongen met een ultrasone processor zoals de Uf200 ः t of UP200St. De geluidsparameters waren 30% amplitude, 200 W bij gepulseerde modus gedurende 1 uur bij kamertemperatuur. Het reactievat wordt in een koelwaterbad van de circulatiepomp geplaatst om de temperatuur in het vat op omgevingstemperatuur te houden. Vóór de sonificatie is C60 niet mengbaar in waterige H2de2 en is een kleurloos heterogeen mengsel, dat na 30 min. ultrasone trillingen overgaat in een lichtbruine kleur. Vervolgens verandert het in een volledig donkerbruine dispersie in de volgende 30 minuten van ultrasone trillingen.
Hydroxyldonor: Intense ultrasoon gegenereerde (= akoestische) cavitatie creëert radicalen zoals cOH, cOOH en cH van H2O en H2de2 moleculen. Het gebruik van H2de2 in waterige media is een efficiëntere aanpak om OH-groepen in de C60-kooi te introduceren in plaats van alleen H2O voor de synthese van fullerenol. H2de2 speelt een belangrijke rol in de ultrasone hydroxyleringsintensivering.
Ultrasone hydroxylering van C60 met behulp van dil. H2de2 (30%) is een gemakkelijke en snelle een-staps reactie om fullerenol te bereiden. De ultrasone reactie, die slechts een korte reactietijd vereist, biedt een groene en schone aanpak met een laag energieverbruik, waarbij het gebruik van toxische of corrosieve reagentia voor de synthese wordt vermeden en het aantal oplosmiddelen dat nodig is voor de scheiding en zuivering van C60(OH) wordt verminderd.8∙2H2O.
UP400St (400W, 24kHz) is een krachtige ultrasone dispergeermiddel...
Ultrasone Polyhydroxyleringstraject voor ultrasone polyhydroxylering
Wanneer intense ultrasone golven in een vloeistof worden gekoppeld, ontstaan er afwisselend lagedruk-/hogedrukcycli die vacuümbellen in de vloeistof creëren. De vacuümbellen groeien over verschillende cycli heen tot ze niet meer energie kunnen absorberen, zodat ze heftig instorten. Tijdens de ineenstorting van de luchtbel zijn er extreme fysische effecten zoals hoge temperatuur- en drukverschillen, schokgolven, microjets, turbulenties, dwarskrachten, enz. Dit fenomeen staat bekend als ultrasoon of akoestische cavitatieDeze intense krachten van ultrasone cavitatie ontbinden de moleculen tot cOH en cOOH55 radicalen. Afreen et al (2017) gaan ervan uit dat de reactie kan vorderen in twee paden tegelijk. cOH radicalen als reactieve zuurstofsoorten (ROS) hechten zich aan de C60 kooi om fullerenol (Pad I) te geven, en/of -OH en cOOH radicalen vallen het elektron met een tekort aan C60 dubbele bindingen in een nucleofiele reactie aan en dit leidt tot de vorming van fullereen epoxide [C60On] als een tussenproduct in de eerste fase (Pad II), dat vergelijkbaar is met het mechanisme van de Bingel reactie. Verder resulteert de herhaalde aanval van cOH (of cOOH) op C60O via een SN2-reactie in polyhydroxylated fullereen of fullerenol.
Herhaalde epoxidatie kan plaatsvinden waardoor opeenvolgende epoxidegroepen ontstaan, zoals C60O2 en C60O3. Deze epoxidegroepen kunnen mogelijke kandidaten zijn voor het genereren van andere tussenproducten zoals gehydroxyleerd fullereen epoxide tijdens de sonolyse (= sonochemische afbraak). Bovendien kan de daaropvolgende ringopening van C60(OH)xOy met cOH resulteren in de vorming van fullerenol. De vorming van deze tussenproducten tijdens de sonolyse van H2de2 of H2O in de aanwezigheid van C60 is onvermijdelijk, en hun aanwezigheid in de laatste fullerenol (zij het in een spoorbedrag) kan niet onopgemerkt blijven. Omdat ze echter slechts in sporenhoeveelheden in het fullerenol aanwezig zijn, wordt niet verwacht dat ze een significant effect zullen hebben. [Afreen et al 2017: 31936]....
Hoogwaardige ultrasoonapparatuur met hoge prestaties
Hielscher Ultrasonics levert ultrasone processoren voor uw specifieke eisen: Of u nu kleine volumes op laboratoriumschaal of grote volumestromen op industriële schaal wilt produceren, Hielscher's brede portfolio van hoogwaardige ultrasone processoren biedt de perfecte oplossing voor uw toepassing. Het hoge vermogen, de precieze instelbaarheid en de betrouwbaarheid van onze ultrasoonapparaten zorgen ervoor dat aan uw procesvereisten wordt voldaan. Digitale aanraakschermen en automatische gegevensregistratie van de ultrasone parameters op een geïntegreerde SD-kaart maken de bediening en controle van onze ultrasone apparaten zeer gebruiksvriendelijk.
De robuustheid van ultrasone apparatuur Hielscher's zorgt voor 24/7 gebruik in zware en in veeleisende omgevingen.
Onderstaande tabel geeft een indicatie van de geschatte verwerkingscapaciteit van onze ultrasonicators:
| batch Volume | Stroomsnelheid | Aanbevolen apparaten |
|---|---|---|
| 1 tot 500 ml | 10 tot 200 ml / min | UP100H |
| 10 tot 2000 ml | 20 tot 400 ml / min | Uf200 ः t, UP400St |
| 0.1 tot 20L | 0.2 tot 4L / min | UIP2000hdT |
| 10 tot 100L | 2 tot 10 l / min | UIP4000hdT |
| na | 10 tot 100 l / min | UIP16000 |
| na | grotere | cluster van UIP16000 |
Neem contact met ons op! / Vraag ons!
Krachtige ultrasone processoren van laboratorium tot piloot en industriële schaal.
Literatuur / Referenties
- Sadia Afreen, Kasturi Muthoosamy, Sivakumar Manickam (2018): Sono-nano chemie: Een nieuw tijdperk van synthese van polyhydroxyl-koolstofnanomaterialen met hydroxylgroepen en hun industriële aspecten. Ultrasone Sonochemie 2018.
- Sadia Afreen, Kasturi Muthoosamy, Sivakumar Manickam (2017): Hydratatie of hydroxylering: directe synthese van fullerenol uit ongerept fullereen [C60] via akoestische cavitatie in aanwezigheid van waterstofperoxide. RSC Adv., 2017, 7, 31930-31939.
- Grigorij V. Andrievsky, Vadim I. Bruskov, Artem A. Tykhomyrov, Sergej V. Gudkov (2009): De eigenaardigheden van de antioxidant en radioprotectieve effecten van gehydrateerde C60 fullereen nanostucturen in vitro en in vivo. Vrije Radicale Biologie & Geneeskunde 47, 2009. 786–793.
- Mihajlo Gigov, Borivoj Adnađević, Borivoj Adnađević, Jelena D. Jovanovic (2016): Effect van ultrasoon veld op de isotherme kinetiek van fullereen polyhydroxylering. 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 voorkomen Chondrocyten Catabole activiteit bij Nanomolaire Concentraties in Osteoartritis. Tijdschrift voor Artrose 2016, 1:115.
Feiten die de moeite waard zijn om te weten
C60 Fullerenes
Een C60 fullereen (ook bekend als buckyball of Buckminster fullereen) is een molecuul dat is opgebouwd uit 60 koolstofatomen, gerangschikt als 12 vijfhoeken en 20 zeshoeken. De vorm van een C60-molecuul lijkt op een voetbal. De C60 fullerens zijn een niet-toxische antioxidant met een potentie die 100-1000 hoger is dan die van vitamine E. Hoewel C60 zelf niet in water oplosbaar is, zijn veel zeer goed in water oplosbare fullereenderivaten, zoals fullenerol, gesynthetiseerd.
C60 fullerens worden gebruikt als antioxidant en als biofarmaceutisch middel. Andere toepassingen zijn materiaalkunde, organische fotovoltaïsche energie (OPV), katalysatoren, in waterzuivering en bescherming tegen biologische gevaren, draagbare energie, voertuigen en medische apparatuur.
Oplosbaarheid van pure C60:
- in water: niet oplosbaar in water
- in dimethylsulfoxide (DMSO): niet oplosbaar
- in tolueen: oplosbaar
- in benzeen: oplosbaar in benzeen
Oppervlaktestructuur van C60 fullereenheden
bron: Yoshioka et al. 2016
Gepolyhydroxyleerde C60 / Fullenerols
Fullernerol of fullerol zijn gepolyhydroxyleerde C60-moleculen (gehydrateerd C60 fullereen): C60HyFn). De hydrolyleringsreactie introduceert hydroxylgroepen (-OH) in het C60-molecuul. C60-moleculen met meer dan 40 hydroxylgroepen hebben een hogere wateroplosbaarheid (>50 mg/mL). Deze bestaan als monodisperse nanodeeltjes in water, en hebben een dapper polijstende werking. Ze vertonen superieure antioxiderende en ontstekingsremmende eigenschappen. Polygehydroxyleerde fullerenen (fullerenolen; C60(OH)n) kunnen in sommige alcoholen worden opgelost en vervolgens in een elektrochemisch proces worden geprecipiteerd, waardoor een nanokoolstoffilm op de anode ontstaat. Fullerenolfilms worden gebruikt als een biocompatibele coating, inert voor biologische objecten en kunnen de integratie van niet-biologische objecten in het lichaamsweefsel vergemakkelijken.
Oplosbaarheid van Fullenerol:
- in water: oplosbaar, kan bereiken >50 mg/mL
- in dimethylsulfoxide (DMSO): oplosbaar in water.
- in methanol: moeilijk oplosbaar
- in tolueen: niet oplosbaar
- in benzeen: niet oplosbaar
Kleur: Fullerenol dragende meer dan 10 -OH groepen vertonen een donkerbruine kleur. Bij een toenemend aantal -OH-groepen verschuift de kleur geleidelijk van donkerbruin naar geel.
Oplosbaarheid van de oplosbaarheid van C60(OH)8.2H2O in vergelijking met C60 in verschillende oplosmiddelen. bron: Afreen et al. 2017
Toepassingen en gebruik van Fullerenols:
- Farmaceutisch: Diagnostische reagentia, superdrugs, cosmetica, nucleaire magnetische resonantie (NMR) met de ontwikkelaar. DNA affiniteit, anti-HIV medicijnen, anti-kanker medicijnen, chemotherapie medicijnen, cosmetica additieven en wetenschappelijk onderzoek. Vergeleken met de ongerepte vorm, hebben polyhydroxylated fullerenen meer potentiële toepassingen vanwege hun verbeterde oplosbaarheid in water. Het is gebleken dat fullerols de cardiotoxiciteit van sommige geneesmiddelen kunnen verminderen en HIV-protease, hepatitis C-virus en abnormale celgroei kunnen remmen. Bovendien vertoonden ze onder fysiologische omstandigheden een uitstekend vrijradicaal vermogen om in te gaan tegen reactieve zuurstofsoorten en radicalen.
- Energie: Zonnebatterij, brandstofcel, secundaire batterij.
- Industrie: Slijtvast materiaal, vlamvertragende materialen, smeermiddelen, polymeeradditieven, hoogwaardige membranen, katalysator, kunstdiamant, harde legering, elektrische viskeuze vloeistof, inktfilters, hoogwaardige coatings, brandvertragende coatings, productie van bioactieve materialen, geheugenmaterialen, ingebedde moleculaire en andere kenmerken, composietmaterialen, enz.
- Informatie-industrie: Semiconductor record medium, magnetische materialen, drukinkt, toner, inkt, papier voor speciale doeleinden.
- Elektronische onderdelen: Supergeleidende halfgeleider, diodes, transistors, transistors, inductor.
- Optische materialen, elektronische camera, fluorescentiedisplaybuis, niet-lineaire optische materialen.
- Milieu: Gasadsorptie, gasopslag.