Ultradźwiękowo Polihydroksylowany C60 (Fullerenol)

  • Rozpuszczalny w wodzie polihydroksylowany fulleren C60, zwany fullerenolem lub fullerolem, jest silnym zmiataczem wolnych rodników i dlatego jest stosowany jako przeciwutleniacz w suplementach i farmaceutykach.
  • Hydroksylacja ultradźwiękowa jest szybką i prostą jednostopniową reakcją, która jest wykorzystywana do produkcji rozpuszczalnego w wodzie polihydroksylowanego C60.
  • Ultrasonicznie syntetyzowany wodorozcieńczalny C60 ma najwyższą jakość i jest stosowany w farmacji i zastosowaniach o wysokiej wydajności.

Ultrasonic One-Step Synthesis of Polyhydrolxylated C60

Kawitacja ultradźwiękowa jest doskonałą techniką produkcji wysokiej jakości polihydroksylowanych fullerenów C60, które są rozpuszczalne w wodzie i dlatego mogą być wykorzystywane w różnych zastosowaniach w farmacji, medycynie i przemyśle. Afreen et al (2017) opracowali szybką i prostą ultradźwiękową syntezę wolnego od zanieczyszczeń polihydroksylowanego C60 (znanego również jako fullerenol lub fullerol). Jednoetapowa reakcja ultradźwiękowa wykorzystuje H2O2 i jest wolna od stosowania dodatkowych odczynników hydroksylujących, tj. NaOH, H2SO4 i katalizatorów przeniesienia fazowego (PTC), które powodują zanieczyszczenia w syntetyzowanym fullerenolu. To sprawia, że ultradźwiękowa synteza fullerenolu jest czystszym podejściem do produkcji fullerenolu; jednocześnie jest to łatwiejszy i szybszy sposób wytwarzania wysokiej jakości, rozpuszczalnego w wodzie C60.

Hydroksylacja ultradźwiękowa C60 w celu uzyskania rozpuszczalnego w wodzie c60 (fullerenol)

Możliwe drogi reakcji w syntezie wspomaganej ultradźwiękami fullerenolu w obecności rozcieńczenia. H2O2 (30%).
źródło: Afreen et al. 2017

Synteza ultradźwiękowa rozpuszczalna w wodzie C60 – Step-by-Step

UP200St - wydajny procesor ultradźwiękowy o mocy 200W.W celu szybkiego, prostego i ekologicznego przygotowania polihydroksylowanego C60, który jest rozpuszczalny w wodzie, 200 mg czystego C60 dodaje się do 20 ml 30% H2O2 i poddaje sonikacji za pomocą modeli sonikatora UP200Ht lub UP200St. Parametry sonikacji wynosiły 30% amplitudy, 200 W w trybie pulsacyjnym przez 1 godzinę w temperaturze pokojowej. Naczynie reakcyjne umieszcza się w chłodzonej łaźni wodnej z cyrkulatorem w celu utrzymania temperatury wewnątrz naczynia w temperaturze otoczenia. Przed sonikacją C60 jest niemieszalny w wodnym H2O2 i jest bezbarwną heterogeniczną mieszaniną, która po 30 minutach ultradźwięków zmienia kolor na jasnobrązowy. Następnie, w ciągu następnych 30 minut ultradźwięków zamienia się w całkowicie ciemnobrązową dyspersję.
Donor hydroksylowy: Intensywna kawitacja ultradźwiękowa (= akustyczna) tworzy rodniki takie jak cOH, cOOH i cH z cząsteczek H2O i H2O2. Zastosowanie H2O2 w środowisku wodnym jest bardziej efektywnym podejściem do wprowadzania grup -OH na klatkę C60 niż tylko przy użyciu H2O do syntezy fullerenolu. H2O2 odgrywa ważną rolę w ultradźwiękowej intensyfikacji hydroksylacji.

Ultradźwiękowa hydroksylacja C60 przy użyciu dil. H2O2 (30%) jest łatwą i szybką jednoetapową reakcją przygotowania fullerenolu. Wymagająca tylko krótkiego czasu na reakcję, reakcja ultradźwiękowa oferuje zielone i czyste podejście przy niskim zapotrzebowaniu na energię, unikając stosowania jakichkolwiek toksycznych lub żrących odczynników do syntezy i zmniejszając liczbę rozpuszczalników wymaganych do oddzielenia i oczyszczenia C60(OH)8∙2H2O.

Procesor ultradźwiękowy UP400St (400W) do homogenizacji, dyspersji, emulsyfikacji i zastosowań sonochemicznych.

UP400St (400W, 24kHz) jest potężnym, ultradźwiękowym rozpraszaczem.

Zapytanie o informacje




Zwróć uwagę na nasze Polityka prywatności.


Droga polihydroksylacji ultradźwiękowej Ścieżka polihydroksylacji

Kiedy intensywne fale ultradźwiękowe są sprzężone z cieczą, zmienne cykle niskiego ciśnienia/wysokiego ciśnienia tworzą pęcherzyki próżniowe w cieczy. Pęcherzyki podciśnienia rosną przez kilka cykli, aż nie mogą wchłonąć więcej energii, tak że gwałtownie się zapadają. Podczas zawalenia się pęcherzyka występują ekstremalne efekty fizyczne, takie jak wysokie temperatury i różnice ciśnień, fale uderzeniowe, mikrodysze, turbulencje, siły ścinające itp. Zjawisko to znane jest jako zjawisko ultradźwiękowe lub jako kawitacja akustycznaTe intensywne siły kawitacji ultradźwiękowej rozkładają cząsteczki na rodniki cOH i cOOH55.
Afreen et al. (2017) zakładają, że reakcja może przebiegać na dwóch ścieżkach jednocześnie. Rodniki cOH jako reaktywne formy tlenu (ROS) przyłączają się do klatki C60, dając fullerenol (ścieżka I), i/lub rodniki -OH i cOOH atakują deficytowe elektronowo wiązania podwójne C60 w reakcji nukleofilowej, co prowadzi do powstania epoksydu fullerenowego [C60On] jako półproduktu w pierwszym etapie (ścieżka II), co jest podobne do mechanizmu reakcji Bingela. Ponadto, powtarzający się atak cOH (lub cOOH) na C60O poprzez reakcję SN2 skutkuje powstaniem polihydroksylowanego fullerenu lub fullerenolu.
Może zachodzić wielokrotne epoksydowanie, które wytwarza kolejne grupy epoksydowe, np. C60O2 i C60O3. Te grupy epoksydowe mogą być potencjalnymi kandydatami do generowania innych półproduktów, np. hydroksylowanego epoksydu fulerenowego podczas sonolizy (= rozkład sonochemiczny). Dodatkowo, późniejsze otwarcie pierścienia C60(OH)xOy za pomocą cOH może prowadzić do powstania fullerenolu. Powstawanie tych półproduktów podczas sonolizy H2O2 lub H2O w obecności C60 jest nieuniknione, a ich obecność w końcowym fullerenolu (choć w śladowej ilości) nie może pozostać niezauważona. Jednakże, ponieważ są one obecne tylko w śladowych ilościach w fullerenolu, nie oczekuje się, że spowodują jakikolwiek znaczący wpływ. [Afreen et al., 2017].

Wysokowydajne sonikatory do dyspersji fulerenów

Hielscher Ultrasonics dostarcza sonikatory sondowe spełniające określone wymagania: Niezależnie od tego, czy chcesz sonifikować małe objętości w skali laboratoryjnej, czy też produkować duży strumień objętości na skalę przemysłową, portfolio wysokowydajnych sonikatorów firmy Hielscher oferuje idealne rozwiązanie dla Twojej dyspersji fulerenów. Wysoka moc wyjściowa, precyzyjna regulacja i niezawodność naszych ultradźwięków zapewniają spełnienie wymagań procesowych. Cyfrowe ekrany dotykowe i automatyczny zapis danych parametrów ultradźwiękowych na zintegrowanej karcie SD sprawiają, że obsługa i kontrola naszych urządzeń ultradźwiękowych jest bardzo przyjazna dla użytkownika.
Wytrzymałość sprzętu ultradźwiękowego Hielscher pozwala na pracę w trybie 24/7 przy dużym obciążeniu i w wymagających środowiskach.
Poniższa tabela daje wskazanie przybliżonej mocy przerobowych naszych ultrasonicators:

Wielkość partii natężenie przepływu Polecane urządzenia
1 do 500mL 10-200mL/min UP100H
10 do 2000mL 20-400mL/min UP200Ht, UP400St
0.1 do 20L 0.2 do 4L/min UIP2000hdT
10-100L 2 do 10L/min UIP4000hdT
b.d. 10-100L/min UIP16000
b.d. większe klaster UIP16000

Skontaktuj się z nami! / Zapytaj nas!

Poproś o więcej informacji

Skorzystaj z formularza poniżej, jeśli chcesz zażądać dodatkowych informacji na temat ultradźwiękowej homogenizacji. Chętnie zaoferujemy Państwu system ultradźwiękowy, spełniający Państwa wymagań.









Proszę zwrócić uwagę na nasze Polityka prywatności.


Hielscher Ultrasonics produkuje wysokowydajne ultradźwięki do zastosowań sonochemicznych.

Wysokowydajne procesory ultradźwiękowe od laboratorium do skali pilotażowej i przemysłowej.



Literatura / Referencje

  • Sadia Afreen, Kasturi Muthoosamy, Sivakumar Manickam (2018): Chemia sono-nano: Nowa era syntezy polihydroksylowanych nanomateriałów węglowych z grupami hydroksylowymi i ich aspektami przemysłowymi. Ultrasonics Sonochemistry 2018.
  • Sadia Afreen, Kasturi Muthoosamy, Sivakumar Manickam (2017): Nawodnienie lub hydroksylacja: bezpośrednia synteza fullerenolu z nieskazitelnego fullerenu [C60] poprzez kawitację akustyczną w obecności nadtlenku wodoru. RSC Adv., 2017, 7, 31930-31939.
  • Grigory V. Andrievsky, Vadim I. Bruskov, Artem A. Tykhomyrov, Siergiej V. Gudkov (2009): Cechy szczególne działania przeciwutleniającego i radioochronnego uwodnionych nanostuktur fullerenowych C60 in vitro i in vivo. Wolna biologia radykalna & Medycyna 47, 2009. 786–793.
  • Mihajlo Gigov, Borivoj Adnađević, Borivoj Adnađević, Jelena D. Jovanovic (2016): Wpływ pola ultradźwiękowego na kinetykę izotermiczną polihydroksylacji fullerenowej. 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): Polihydroksylowane C60 Fullerenes Zapobieganie aktywności katabolicznej chondrocytów w stężeniach nanomolarnych w chorobie zwyrodnieniowej stawów. Dziennik Osteoarthritis 2016, 1:115.

[/toggle]

Fakty Warto wiedzieć

C60 Fullereny

C60 fulleren (znany również jako piłka Buckminster fulleren) jest cząsteczką zbudowaną z 60 atomów węgla, ułożonych jako 12 pięciokątów i 20 sześciokątów. Kształt cząsteczki C60 przypomina piłkę nożną. C60 fullerens są nietoksycznym przeciwutleniaczem wykazującym moc 100-1000 wyższą niż witamina E. Chociaż sam C60 nie jest rozpuszczalny w wodzie, wiele wysoko rozpuszczalnych w wodzie pochodnych fullerenu, takich jak fullenerol, zostało zsyntetyzowanych.
C60 fullerens są stosowane jako przeciwutleniacz i jako biofarmaceutyk. Inne zastosowania obejmują materiałoznawstwo, fotowoltaikę organiczną (OPV), katalizatory, oczyszczanie wody i ochronę przed zagrożeniami biologicznymi, przenośne zasilanie, pojazdy i urządzenia medyczne.

Rozpuszczalność czystego C60:

  • w wodzie: nierozpuszczalny
  • w sulfotlenku dimetylu (DMSO): nierozpuszczalny
  • w toluenie: rozpuszczalny
  • w benzenie: rozpuszczalny
Struktura powierzchniowa fullerenów c60 (Buckminster fullerenes, buckyball)

Struktura powierzchniowa fullerenów C60
źródło: Yoshioka et al. 2016

Polihydroksylowane C60 / Fullenerole

Fullernerol lub fullerole to polihydroksylowane cząsteczki C60 (uwodniony fulleren C60): C60HyFn). Reakcja hydrolizacji wprowadza grupy hydroksylowe (-OH) do molekuły C60. Cząsteczki C60 z ponad 40 grupami hydroksylowymi mają większą rozpuszczalność w wodzie (>50 mg/ml). Istnieją one w wodzie jako nanocząsteczki monodyspersyjne i mają odważny efekt polerowania. Wykazują one doskonałe właściwości antyoksydacyjne i przeciwzapalne. Polihydroksylowane fulereny (fulerenole; C60(OH)n) mogą być rozpuszczone w niektórych alkoholach, a następnie wytrącone w procesie elektrochemicznym, tworząc na anodzie warstwę nanowęglową. Folie fullerenolowe są stosowane jako powłoka biokompatybilna, obojętna dla obiektów biologicznych i mogą ułatwiać integrację obiektów nie biologicznych w tkankach ciała.
Rozpuszczalność Fullenerolu:

  • w wodzie: rozpuszczalny, może osiągnąć >50 mg/mL
  • w sulfotlenku dimetylu (DMSO): rozpuszczalny
  • w metanolu: słabo rozpuszczalny
  • w toluenie: nierozpuszczalny
  • w benzenie: nierozpuszczalny

Kolor: Fullerenol zawierający ponad 10 -OH grup wykazuje kolor ciemnobrązowy. Wraz z rosnącą liczbą grup -OH, kolor stopniowo zmienia się z ciemnobrązowego na żółty.

Rozpuszczalny w wodzie, polihydroksylowany C60 może być syntetyzowany przy użyciu ultradźwięków.

Rozpuszczalność Rozpuszczalność C60(OH)8.2H2O w porównaniu z C60 w różnych rozpuszczalnikach. źródło: Afreen et al. 2017

Zastosowania i zastosowanie fullerenoli:

  1. Farmaceutyka: Odczynniki diagnostyczne, leki, kosmetyki, magnetyczny rezonans jądrowy (NMR) z deweloperem. powinowactwo do DNA, leki anty-HIV, leki przeciwnowotworowe, leki do chemioterapii, dodatki kosmetyczne i badania naukowe. W porównaniu z formą nieskazitelną, polihydroksylowane fullereny mają więcej potencjalnych zastosowań dzięki zwiększonej rozpuszczalności w wodzie. Stwierdzono, że fullerole mogą zmniejszać kardiotoksyczność niektórych leków i hamować proteazę HIV, wirus zapalenia wątroby typu C oraz nieprawidłowy wzrost komórek. Ponadto wykazywały one doskonałe zdolności do swobodnego zmiatania rodników z reaktywnymi gatunkami tlenu i rodników w warunkach fizjologicznych.
  2. Energia: Bateria słoneczna, ogniwo paliwowe, bateria wtórna.
  3. Przemysł: Materiały trudnościeralne, materiały trudnopalne, smary, dodatki polimerowe, wysokowydajna membrana, katalizator, sztuczny diament, twardy stop, ciecz o wysokiej lepkości elektrycznej, filtry atramentowe, powłoki o wysokiej wydajności, powłoki ognioodporne, produkcja materiałów bioaktywnych, materiały pamięci, materiały wbudowane molekularne i inne właściwości, materiały kompozytowe itp.
  4. Przemysł informacyjny: Nośnik półprzewodnikowy, materiały magnetyczne, tusz drukarski, toner, tusz, papier do specjalnych zastosowań.
  5. Części elektroniczne: Nadprzewodzący półprzewodnik, diody, tranzystory, wzbudnik.
  6. Materiały optyczne, kamera elektroniczna, lampa fluorescencyjna, nieliniowe materiały optyczne.
  7. Środowisko: Adsorpcja gazu, magazynowanie gazu.

Chętnie porozmawiamy o Państwa procesie.

Skontaktujmy się.