Ультразвуковой полигидроксилированный C60 (фуллеренол)
- Водорастворимый полигидроксилированный фуллерен C60, называемый фуллеренолом или фуллеролом, является сильным поглотителем свободных радикалов и поэтому используется в качестве антиоксиданта в пищевых добавках и фармацевтических препаратах.
- Ультразвуковое гидроксилирование – это быстрая и простая одноступенчатая реакция, которая используется для получения водорастворимого полигидроксилированного C60.
- Ультразвуковой синтез водорастворимого C60 имеет превосходное качество и используется в фармацевтике и высокопроизводительных приложениях.
Ультразвуковой одностадийный синтез полигидролксилированного C60
Ультразвуковая кавитация является превосходным методом получения высококачественных полигидроксилированных фуллеренов C60, которые являются водорастворимыми и поэтому могут использоваться в различных областях применения в фармацевтике, медицине и промышленности. Afreen et al (2017) разработали быстрый и простой ультразвуковой синтез полигидроксилированного C60 без загрязнений (также известного как фуллеренол или фуллерол). В ультразвуковой одностадийной реакции используется H2O2 и не используются дополнительные гидроксилирующие реагенты, т.е. NaOH, H2SO4, и катализаторы фазового переноса (PTC), которые вызывают примеси в синтезированном фуллереноле. Это делает ультразвуковой синтез фуллеренола более чистым подходом к производству фуллеренола; в то же время это более простой и быстрый способ производства высококачественного, водорастворимого C60.

Возможные пути реакции при ультразвуковом синтезе фуллеренола в присутствии дил. H2O2 (30%).
источник: Afreen et al. 2017
Ультразвуковой синтез водорастворимого C60 – Пошаговый
Для быстрого, простого и экологичного получения полигидроксилированного C60, который растворяется в воде, 200 мг чистого C60 добавляют к 20 мл 30% H2O2 и обрабатывают ультразвуком с помощью моделей ультразвуковых аппаратов УП200Хт или УП200Ст. Параметры ультразвуковой обработки составили 30% амплитуда, 200 Вт в импульсном режиме в течение 1 ч при комнатной температуре. Реакционный сосуд помещается в охлаждаемую водяную баню циркуляционного насоса для поддержания температуры внутри сосуда на уровне окружающей среды. Перед ультразвуковой обработкой C60 не смешивается в водной среде H2O2 и представляет собой бесцветную гетерогенную смесь, которая после 30 мин ультразвукового исследования приобретает светло-коричневый цвет. Впоследствии, в последующие 30 минут ультразвука, он превращается в полностью темно-коричневую дисперсию.
Донор гидроксила: Интенсивная ультразвуковая (= акустическая) кавитация создает радикалы, такие как cOH, cOOH и cH, из молекул H2O и H2O2. Использование H2O2 в водных средах является более эффективным подходом к введению –OH-групп в клетку C60, а не только использование H2O для синтеза фуллеренола. H2O2 играет важную роль в интенсификации ультразвукового гидроксилирования.
Ультразвуковое гидроксилирование C60 с использованием dil. H2O2 (30%) представляет собой легкую и быструю одностадийную реакцию для получения фуллеренола. Ультразвуковая реакция требует лишь короткого времени для проведения реакции, она предлагает экологичный и чистый подход с низким энергопотреблением, избегая использования любых токсичных или коррозионных реагентов для синтеза и уменьшая количество растворителей, необходимых для разделения и очистки C60(OH)8∙2 ч2O.

UP400St (400 Вт, 24 кГц) является мощным ультразвуковым диспергатором
Ультразвуковой путь полигидроксилирования
Когда интенсивные ультразвуковые волны соединяются с жидкостью, чередование циклов низкого и высокого давления создает вакуумные пузырьки в жидкости. Вакуумные пузырьки растут в течение нескольких циклов, пока не перестают поглощать больше энергии, так что они сильно схлопываются. Во время схлопывания пузырьков возникают экстремальные физические воздействия, такие как высокие перепады температур и давления, ударные волны, микроструи, турбулентности, поперечные силы и т.д. Это явление известно как ультразвуковое или акустическая кавитация. Эти интенсивные силы ультразвуковой кавитации разлагают молекулы на радикалы cOH и cOOH55.
Afreen et al. (2017) предполагают, что реакция может протекать двумя путями одновременно. Радикалы cOH в виде активных форм кислорода (АФК) прикрепляются к клетке C60 с образованием фуллеренола (путь I), и/или радикалы –OH и cOOH атакуют электронно-дефицитные двойные связи C60 в нуклеофильной реакции, что приводит к образованию эпоксида фуллерена [C60On] в качестве промежуточного продукта на первой стадии (путь II), что аналогично механизму реакции Бингеля. Кроме того, повторная атака cOH (или cOOH) на C60O посредством реакции SN2 приводит к образованию полигидроксилированного фуллерена или фуллеренола.
Может иметь место повторное эпоксидирование, в результате которого образуются последовательные эпоксидные группы, например, C60O2 и C60O3. Эти эпоксидные группы могут быть возможными кандидатами на получение других промежуточных продуктов, например, гидроксилированного эпоксида фуллерена во время сонолиза (= сонохимического разложения). Кроме того, последующее открытие кольца C60(OH)xOy с cOH может привести к образованию фуллеренола. Образование этих промежуточных продуктов при сонолизе H2O2 или H2O в присутствии C60 неизбежно, и их присутствие в конечном фуллереноле (хотя и в следовом количестве) не может остаться незамеченным. Однако, поскольку они присутствуют только в следовых количествах в фуллереноле, ожидается, что они не вызовут какого-либо существенного воздействия. [Африн и др., 2017]
Высокопроизводительные ультразвуковые аппараты для диспергирования фуллеренов
Hielscher Ultrasonics поставляет ультразвуковые аппараты зондового типа для ваших конкретных требований: независимо от того, хотите ли вы обрабатывать небольшие объемы в лабораторных условиях или производить поток больших объемов в промышленных масштабах, ассортимент высокопроизводительных ультразвуковых аппаратов Hielscher предлагает идеальное решение для диспергирования фуллеренов. Высокая выходная мощность, точная регулировка и надежность наших ультразвуковых аппаратов гарантируют выполнение ваших технологических требований. Цифровые сенсорные экраны и автоматическая запись данных ультразвуковых параметров на встроенную SD-карту делают эксплуатацию и управление нашими ультразвуковыми устройствами очень удобными для пользователя.
Надежность ультразвукового оборудования Hielscher позволяет работать в режиме 24/7 в тяжелых условиях и в сложных условиях.
В таблице ниже приведена примерная производительность обработки наших ультразвуковых аппаратов:
Объем партии | Расход | Рекомендуемые устройства |
---|---|---|
от 1 до 500 мл | От 10 до 200 мл/мин | УП100Ч |
от 10 до 2000 мл | от 20 до 400 мл/мин | УП200Хт, УП400Ст |
0.1 до 20 л | 0от 0,2 до 4 л/мин | УИП2000HDT |
От 10 до 100 л | От 2 до 10 л/мин | УИП4000HDT |
н.а. | От 10 до 100 л/мин | UIP16000 |
н.а. | больше | Кластер UIP16000 |
Свяжитесь с нами! / Спросите нас!
Литература/Литература
- Садия Африн, Кастури Мутусами, Сивакумар Маникам (2018): Соно-нанохимия: новая эра синтеза полигидроксилированных углеродных наноматериалов с гидроксильными группами и их промышленные аспекты. Ультразвуковая сонохимия 2018.
- Садия Африн, Кастури Мутусами, Сивакумар Маникам (2017): Гидратация или гидроксилирование: прямой синтез фуллеренола из перистинного фуллерена [C60] посредством акустической кавитации в присутствии перекиси водорода. РСК Адв., 2017, 7, 31930–31939.
- Григорий В. Андриевский, В. И. Брусков, А. А. Тихомыров, С. В. Гудков (2009): Особенности антиоксидантных и радиопротекторных эффектов гидратированных С60 фуллереновых наноструктур in vitro и in vivo. Биология свободных радикалов & Медицина 47, 2009. 786–793.
- Михайло Гигов, Боривой Аднадевич, Боривой Аднадевич, Елена Д. Йованович (2016): Влияние ультразвукового поля на изотермическую кинетику полигидроксилирования фуллерена. Наука спекания 2016, 48(2):259-272.
- Хиротака Йошиока, Наоко Юи, Канака Ятабе, Хирото Фудзия, Харуки Муса, Хисатеру Ники, Риэ Карасава, Кадзуо Юдох (2016): Полигидроксилированные фуллерены C60 предотвращают катаболическую активность хондроцитов при наномолярных концентрациях при остеоартрите. Журнал остеоартрита 2016, 1:115.
[/переключить]
Факты, которые стоит знать
С60 Фуллерены
Фуллерен C60 (также известный как бакибол или фуллерен Бакминстера) — это молекула, состоящая из 60 атомов углерода, расположенных в виде 12 пятиугольников и 20 шестиугольников. Форма молекулы С60 напоминает футбольный мяч. Фуллерены С60 являются нетоксичными антиоксидантами, эффективность которых в 100–1000 раз выше, чем у витамина Е. Хотя сам C60 не растворяется в воде, было синтезировано множество высокорастворимых в воде производных фуллеренов, таких как фулленол.
Фуллерены C60 используются в качестве антиоксиданта и биофармацевтического препарата. Другие области применения включают материаловедение, органическую фотоэлектрическую энергию (ОПВ), катализаторы, очистку воды и защиту от биологической опасности, портативные источники питания, транспортные средства и медицинские устройства.
Растворимость чистого C60:
- В воде: не растворяется
- в диметилсульфоксиде (ДМСО): не растворим
- В толуоле: растворимый
- В бензоле: растворимый
Полигидроксилированный C60 / Фулленоролы
Фуллернерол или фуллеролы представляют собой полигидроксилированные молекулы C60 (гидратированный фуллерен C60: C60HyFn). Реакция гидролитирования вводит гидроксильные группы (-OH) в молекулу C60. Молекулы C60 с более чем 40 гидроксильными группами обладают более высокой растворимостью в воде (>50 мг/мл). Они существуют в виде монодисперсных наночастиц в воде и обладают доблестным эффектом полировки. Они обладают превосходными антиоксидантными и противовоспалительными свойствами. Полигидроксилированные фуллерены (фуллеренолы; C60(OH)n) может быть растворен в некоторых спиртах, а затем осажден в электрохимическом процессе, создавая наноуглеродную пленку на аноде. Пленки фуллеренола используются в качестве биосовместимого покрытия, инертны к биологическим объектам и могут способствовать интеграции небиологических объектов в ткани организма.
Растворимость фулленола:
- В воде: растворим, может достигать >50 мг/мл
- в диметилсульфоксиде (ДМСО): растворимый
- В метаноле: слабо растворимый
- В толуоле: не растворяется
- В бензоле: не растворяется
Цвет: Фуллеренол, содержащие более 10 –ОН групп, проявляют темно-коричневый цвет. С увеличением числа –OH групп цвет постепенно меняется от темно-коричневого к желтому.

Растворимость С60(ОН)8,2Н2О по сравнению с С60 в различных растворителях. источник: Afreen et al. 2017
Применение и применение фуллеренолов:
- Фармацевтика: диагностические реактивы, суперпрепараты, косметика, ядерный магнитный резонанс (ЯМР) с проявителем. Аффинность ДНК, препараты против ВИЧ, противораковые препараты, химиотерапевтические препараты, косметические добавки и научные исследования. По сравнению с первозданной формой, полигидроксилированные фуллерены имеют больше потенциальных применений из-за их повышенной растворимости в воде. Было обнаружено, что фуллеролы могут снижать кардиотоксичность некоторых препаратов и подавлять ВИЧ-протеазу, вирус гепатита С и аномальный рост клеток. Кроме того, они продемонстрировали отличные способности к удалению свободных радикалов против активных форм и радикалов кислорода в физиологических условиях.
- Энергия: солнечная батарея, топливный элемент, вторичная батарея.
- Промышленность: износостойкие материалы, огнезащитные материалы, смазочные материалы, полимерные добавки, высокоэффективные мембраны, катализаторы, искусственные алмазы, твердые сплавы, электрические вязкие жидкости, чернильные фильтры, высокоэффективные покрытия, огнезащитные покрытия, производство биоактивных материалов, материалы памяти, встроенные молекулярные и другие характеристики, композитные материалы и т. Д.
- Информационная промышленность: полупроводниковые носители информации, магнитные материалы, типографская краска, тонер, чернила, бумага специального назначения.
- Электронные части: сверхпроводящий полупроводник, диоды, транзисторы, катушка индуктивности.
- Оптические материалы, электронная камера, лампа флуоресцентного дисплея, нелинейные оптические материалы.
- Окружающая среда: Адсорбция газов, хранение газа.