Ultrasonically polihidroxilat C60 (Fullerenol)
- Fullerena C60 polihidroxilată solubilă în apă, numită fullerenol sau fullerol, este un puternic gunoier de radicali liberi și, prin urmare, este utilizat ca antioxidant în suplimente și produse farmaceutice.
- Hidroxilarea cu ultrasunete este o reacție rapidă și simplă într-un singur pas, care este utilizată pentru a produce C60 polihidroxilat solubil în apă.
- C60 ultrasonically sintetizat solubil în apă are o calitate superioară și este utilizat pentru aplicații farmaceutice și de înaltă performanță.
Sinteza cu ultrasunete într-un singur pas de polihidrolxylated C60
Cavitația cu ultrasunete este tehnica superioară pentru a produce fullerene C60 polihidroxilate de înaltă calitate, care sunt solubile în apă și, prin urmare, pot fi utilizate în diverse aplicații în domeniul farmaceutic, medicină și industrie. Afreen et al (2017) au dezvoltat o sinteză rapidă și simplă cu ultrasunete de C60 polihidroxilat fără contaminare (de asemenea, cunoscut sub numele de fullerenol sau fullerol). Reacția cu ultrasunete într-un singur pas utilizează H2O2 și nu este liber de utilizarea de reactivi suplimentari de hidroxilare, adică NaOH, H2SO4, și catalizatori de transfer de fază (PTC), care provoacă impurități în fullerenolul sintetizat. Acest lucru face ca sinteza fullerenolului cu ultrasunete să fie o abordare mai curată pentru a produce fullerenol; în același timp, este o modalitate mai ușoară și mai rapidă de a produce C60 de înaltă calitate, solubil în apă.
Posibile căi de reacție în sinteza asistată cu ultrasunete a fullerenolului în prezența dil. H2O2 (30%).
Sinteza cu ultrasunete de C60 solubil în apă – Articol etapizat
Pentru prepararea rapidă, simplă, și verde de C60 polihidroxilat, care este solubil în apă, 200 mg de C60 pur se adaugă la 20ml 30% H2O2 și sonicated cu modelele sonicator UP200Ht sau UP200St. Parametrii sonicare au fost 30% amplitudine, 200 W la modul pulsat timp de 1 h la temperatura camerei. Vasul de reacție este plasat într-o baie de apă de circulație frigorifică pentru a menține temperatura din interiorul vasului la temperatura ambiantă. Înainte de sonicare, C60 este imiscibil în H2O2 apos și este un amestec eterogen incolor, care se transformă într-o culoare maro deschis după 30 min de ultrasonication. Ulterior, în următoarele 30 de minute de ultrasonication se transformă într-o dispersie maro închis.
Donator de hidroxil: Cavitația intensă generată ultrasonically (= acustică) creează radicali precum cOH, cOOH și cH din moleculele H2O și H2O2. Utilizarea H2O2 în medii apoase este o abordare mai eficientă pentru a introduce grupări -OH în cușca C60, mai degrabă decât utilizarea H2O pentru sinteza fullerenolului. H2O2 joacă un rol important în intensificarea hidroxilării cu ultrasunete.
Hidroxilarea cu ultrasunete a C60 folosind dil. H2O2 (30%) este o reacție facilă și rapidă într-un singur pas pentru prepararea fullerenolului. Necesitând doar un timp scurt pentru reacție, reacția cu ultrasunete oferă o abordare verde și curată, cu o cerință redusă de energie, evitând utilizarea oricăror reactivi toxici sau corozivi pentru sinteză și reducând numărul de solvenți necesari pentru separarea și purificarea C60 (OH)8∙2H2O.
UP400St (400W, 24kHz) este un puternic dispersor cu ultrasunete
Calea de polihidroxilare cu ultrasunete
Când undele ultrasonice intense sunt cuplate într-un lichid, ciclurile alternative de joasă presiune? înaltă presiune creează bule de vid în lichid. Bulele de vid cresc de-a lungul mai multor cicluri până când nu pot absorbi mai multă energie, astfel încât se prăbușesc violent. În timpul colapsului bulei efecte fizice extreme, cum ar fi diferențe ridicate de temperatură și presiune, unde de șoc, microjeturi, turbulențe, forțe de forfecare etc. Acest fenomen este cunoscut sub numele de ultrasunete sau cavitație acustică. Aceste forțe intense de cavitație cu ultrasunete descompun moleculele la radicalii cOH și cOOH55.
Afreen et al. (2017) presupun că reacția poate progresa simultan pe două căi. Radicalii cOH ca specii reactive de oxigen (ROS) se atașează la cușca C60 pentru a da fullerenol (Calea I) și? sau radicalii -OH și cOOH atacă legăturile duble C60 cu deficit de electroni într-o reacție nucleofilă și acest lucru duce la formarea epoxidului de fulerenă [C60On] ca intermediar în prima etapă (calea II), care este similar cu mecanismul reacției Binger. Mai mult, atacul repetat al cOH (sau cOOH) asupra C60O printr-o reacție SN2 are ca rezultat fullerene polihidroxilate sau fullerenol.
Poate avea loc epoxidarea repetată care produce grupări epoxidice succesive, de exemplu, C60O2 și C60O3. Aceste grupări epoxidice ar putea fi posibili candidați pentru a genera alți intermediari, de exemplu epoxid de fullerenă hidroxilat în timpul sonolizei (= descompunere sonochimică). În plus, deschiderea ulterioară a inelului C60 (OH) xOy cu cOH poate duce la formarea fullerenolului. Formarea acestor intermediari în timpul sonolizei H2O2 sau H2O în prezența C60 este inevitabilă, iar prezența lor în fullerenolul final (deși într-o cantitate mică) nu poate trece neobservată. Cu toate acestea, deoarece acestea sunt prezente numai în cantități mici în fullerenol, nu se așteaptă să provoace niciun impact semnificativ. [Afreen și colab., 2017]
Sonicatoare de înaltă performanță pentru dispersie fullerenă
Hielscher Ultrasonics furnizează sonicatoare de tip sondă pentru cerințele dumneavoastră specifice: Fie că doriți să sonicate volume mici la scară de laborator sau de a produce flux de volum mare la scară industrială, portofoliul Hielscher de sonicatoare de înaltă performanță oferă soluția perfectă pentru dispersia fullerenei. Puterea mare de ieșire, reglabilitatea precisă și fiabilitatea ultrasonicators noastre asigurați-vă că cerințele procesului sunt îndeplinite. Ecranele tactile digitale și înregistrarea automată a datelor parametrilor ultrasonici pe un card SD integrat fac ca funcționarea și controlul dispozitivelor noastre cu ultrasunete să fie foarte ușor de utilizat.
Robustețea echipamentului cu ultrasunete Hielscher permite funcționarea 24/7 la grele și în medii solicitante.
Tabelul de mai jos vă oferă o indicație a capacității aproximative de procesare a ultrasonicators noastre:
| Volumul lotului | Debitul | Dispozitive recomandate |
|---|---|---|
| 1 până la 500 ml | 10 până la 200 ml/min | UP100H |
| 10 până la 2000 ml | 20 până la 400 ml? min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 până la 20L | 00.2 până la 4L? min | UIP2000hdT |
| 10 până la 100L | 2 până la 10L? min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 până la 100L? min | UIP16000 |
| n.a. | mai mare | grup de UIP16000 |
Contactează-ne!? Întreabă-ne!
Procesoare cu ultrasunete de mare putere de la laborator la pilot și scară industrială.
Literatură/Referințe
- Sadia Afreen, Kasturi Muthoosamy, Sivakumar Manickam (2018): Sono-nano chemistry: A new era of synthesising polyhydrohydroxylated carbon nanomaterials with hydroxyl groups and their industrial aspects. Ultrasonics Sonochemistry 2018.
- Sadia Afreen, Kasturi Muthoosamy, Sivakumar Manickam (2017): Hidratare sau hidroxilare: sinteza directă a fullerenolului din fullerenă curată [C60] prin cavitație acustică în prezența peroxidului de hidrogen. RSC Adv., 2017, 7, 31930–31939.
- Grigory V. Andrievsky, Vadim I. Bruskov, Artem A. Tykhomyrov, Serghei V. Gudkov (2009): Particularitățile efectelor antioxidante și radioprotectoare ale nanostructurilor fullerene C60 hidratate in vitro și in vivo. Radicalii liberi Biologie & Medicină 47, 2009. 786–793.
- Mihajlo Gigov, Borivoj Adnađević, Borivoj Adnađević, Jelena D. Jovanovic (2016): Efectul câmpului ultrasonic asupra cineticii izoterme a polihidroxilării fullerenei. Știința sinterizării 2016, 48 (2): 259-272.
- Hirotaka Yoshioka, Naoko Yui, Kanaka Yatabe, Hiroto Fujiya, Haruki Musha, Hisateru Niki, Rie Karasawa, Kazuo Yudoh (2016): Fullerenele C60 polihidroxilate împiedică activitatea catabolică a condrocitelor la concentrații nanomolare în osteoartrită. Jurnalul de osteoartrita 2016, 1:115.
[/comutare]
Fapte care merită știute
C60 Fullerene
Un fulerenă C60 (cunoscută și sub numele de buckyball sau Buckminster fullerene) este o moleculă construită din 60 de atomi de carbon, aranjați ca 12 pentagoane și 20 hexagoane. Forma unei molecule C60 seamănă cu o minge de fotbal. Fullerenele C60 sunt un antioxidant non-toxic care prezintă o potență cu 100-1000 mai mare decât vitamina E. Deși C60 în sine nu este solubil în apă, au fost sintetizați mulți derivați fullerene solubili în apă, cum ar fi fullenrolul.
C60 fullerens sunt utilizate ca antioxidante și ca biofarmaceutice. Alte aplicații includ știința materialelor, fotovoltaice organice (OPV), catalizatori, în purificarea apei și protecția împotriva pericolelor biologice, energie portabilă, vehicule și dispozitive medicale.
Solubilitatea C60 pur:
- în apă: insolubil
- în dimetilsulfoxid (DMSO): insolubil
- în toluen: solubil
- în benzen: solubil
Structura suprafeței fullerenelor C60
C60 polihidroxilat? Fulleneroli
Fullernerolul sau fullerolii sunt molecule C60 polihidroxilate (fullerenă C60 hidratată: C60HyFn). Reacția de hidroliză introduce grupări hidroxil (-OH) în molecula C60. Moleculele C60 cu peste 40 de grupări hidroxil au o solubilitate mai mare în apă (>50 mg/ml). Acestea există ca nanoparticule monodisperse în apă și au un efect de lustruire curajos. Acestea prezintă proprietăți antioxidante și antiinflamatorii superioare. Fullerene polihidroxilate (fullerenoli; C60(OH)n) poate fi dizolvat în unii alcooli și apoi precipitat într-un proces electrochimic, creând o peliculă de nanocarbon pe anod. Filmele fullerenol sunt utilizate ca acoperire biocompatibilă, inerte față de obiectele biologice și pot facilita integrarea obiectelor non-biologice în țesuturile corpului.
Solubilitatea fullenerolului:
- în apă: solubil, poate ajunge >50 mg/ml
- în dimetilsulfoxid (DMSO): solubil
- în metanol: puțin solubil
- în toluen: insolubil
- în benzen: insolubil
Culoare: Fullerenolul care poartă mai mult de 10 grupuri -OH prezintă o culoare maro închis. Cu un număr tot mai mare de grupuri -OH, culoarea se schimbă treptat de la maro închis la galben.
Solubilitatea C60(OH)8,2H2O în comparație cu C60 în diferiți solvenți. sursa: Afreen et al. 2017
Aplicații și utilizarea fullerenolilor:
- Farmaceutic: Reactivi de diagnostic, super-medicamente, cosmetice, rezonanță magnetică nucleară (RMN) cu dezvoltatorul. Afinitate ADN, medicamente anti-HIV, medicamente anti-cancer, medicamente pentru chimioterapie, aditivi cosmetici și cercetare științifică. În comparație cu forma curată, fullerenele polihidroxilate au mai multe aplicații potențiale datorită solubilității lor îmbunătățite în apă. S-a constatat că fullerolii pot reduce cardiotoxicitatea unor medicamente și inhibă HIV-proteaza, virusul hepatitei C și creșterea anormală a celulelor. Mai mult, ei au prezentat abilități excelente de curățare a radicalilor liberi împotriva speciilor reactive de oxigen și a radicalilor în condiții fiziologice.
- Energie: baterie solară, celulă de combustibil, baterie secundară.
- Industrie: Materiale rezistente la uzură, materiale ignifuge, lubrifianți, aditivi polimerici, membrană de înaltă performanță, catalizator, diamant artificial, aliaj dur, fluid vâscos electric, filtre de cerneală, acoperiri de înaltă performanță, acoperiri ignifuge, materiale bioactive de fabricație, materiale de memorie, caracteristici moleculare și alte caracteristici încorporate, materiale compozite etc.
- Industria informației: Suport de înregistrare a semiconductorilor, materiale magnetice, cerneală tipografică, toner, cerneală, hârtie pentru scopuri speciale.
- Piese electronice: semiconductori supraconductori, diode, tranzistoare, inductor.
- Materiale optice, cameră electronică, tub de afișare fluorescentă, materiale optice neliniare.
- Mediu: Adsorbția gazelor, stocarea gazelor.