Ultrazvočno polihidroksilirani C60 (fulerenol)
- Vodotopni polihidroksilirani C60 fuleren, imenovan fulerenol ali fulerol, je močan čistilec prostih radikalov in se zato uporablja kot antioksidant v dodatkih in farmacevtskih izdelkih.
- Ultrazvočna hidroksilacija je hitra in preprosta reakcija v enem koraku, ki se uporablja za proizvodnjo vodotopnega polihidroksiliranega C60.
- Ultrazvočno sintetizirani vodotopni C60 ima vrhunsko kakovost in se uporablja za farmacevtske in visoko zmogljive aplikacije.
Ultrazvočna sinteza polihidrolksiliranega C60 v enem koraku
Ultrazvočna kavitacija je vrhunska tehnika za proizvodnjo visokokakovostnih polihidroksiliranih C60 fulerenov, ki so topni v vodi in se zato lahko uporabljajo v različnih aplikacijah v farmaciji, medicini in industriji. Afreen et al (2017) so razvili hitro in preprosto ultrazvočno sintezo polihidroksiliranog C60 brez kontaminacije (znanega tudi kot fulerenol ali fulerol). Ultrazvočna reakcija v enem koraku uporablja H2O2 in je brez uporabe dodatnih hidroksilacijskih reagentov, tj. NaOH, H2SO4 in katalizatorjev faznega prenosa (PTC), ki povzročajo nečistoče v sintetiziranem fulerenolu. Zaradi tega je ultrazvočna sinteza fulerenola čistejši pristop k proizvodnji fulerenola; hkrati pa je lažji in hitrejši način za proizvodnjo visokokakovostnega, vodotopnega C60.
Možne reakcijske poti v ultrazvočno podprti sintezi fulerenola v prisotnosti dil. H2O2 (30%).
vir: Afreen et al. 2017
Ultrazvočna sinteza vodotopnega C60 – Korak
Za hitro, enostavno in zeleno pripravo polihidroksiliranega C60, ki je topen v vodi, dodamo 200 mg čistega C60 v 20 ml 30% H2O2 in ga sonikiramo z ultrazvočnimi modeli UP200Ht ali UP200St. Parametri ultrazvočne razbijanja so bili 30% amplitude, 200 W v impulznem načinu za 1 uro pri sobni temperaturi. Reakcijska posoda se postavi v hladilno vodno kopel, da se ohrani temperatura v posodi pri sobni temperaturi. Pred ultrazvočnim razbijanjem se C60 ne meša z vodnim H2O2 in je brezbarvna heterogena mešanica, ki se po 30 minutah ultrazvočne barve spremeni v svetlo rjavo barvo. Nato se v naslednjih 30 minutah ultrazvoka spremeni v popolnoma temno rjavo disperzijo.
Hidroksilni donor: Intenzivna ultrazvočno ustvarjena (= akustična) kavitacija ustvarja radikale, kot so cOH, cOOH in cH iz molekul H2O in H2O2. Uporaba H2O2 v vodnem mediju je učinkovitejši pristop k vnosu –OH skupin v kletko C60 in ne le za uporabo H2O za sintezo fulerenola. H2O2 ima pomembno vlogo pri intenziviranju ultrazvočne hidroksilacije.
Ultrazvočna hidroksilacija C60 z uporabo dil. H2O2 (30%) je enostavna in hitra reakcija v enem koraku za pripravo fulerenola. Ultrazvočna reakcija, ki zahteva le kratek čas za reakcijo, ponuja zelen in čist pristop z nizko potrebo po energiji, izogiba se uporabi strupenih ali korozivnih reagentov za sintezo in zmanjšuje število topil, potrebnih za ločevanje in čiščenje C60 (OH)8∙2 uri2O.
UP400St (400 W, 24 kHz) je močan ultrazvočni razpršilec
Ultrazvočna pot polihidroksilacije
Ko se intenzivni ultrazvočni valovi povežejo v tekočino, izmenični nizkotlačni / visokotlačni cikli ustvarijo vakuumske mehurčke v tekočini. Vakuumski mehurčki rastejo v več ciklih, dokler ne morejo absorbirati več energije, tako da se silovito zrušijo. Med kolapsom mehurčkov se pojavijo ekstremni fizikalni učinki, kot so visoke temperaturne in tlačne razlike, udarni valovi, mikrocurki, turbulence, strižne sile itd. Ta pojav je znan kot ultrazvočni ali akustična kavitacija. Te intenzivne sile ultrazvočne kavitacije razgradijo molekule na radikale cOH in cOOH55.
(2017) domnevajo, da lahko reakcija napreduje po dveh poteh hkrati. cOH radikali kot reaktivne kisikove vrste (ROS) se vežejo na kletko C60 in dajejo fulerenol (pot I) in / ali –OH in cOOH radikali napadajo dvojne vezi C60 s pomanjkanjem elektronov v nukleofilni reakciji, kar vodi do tvorbe fulerenskega epoksida [C60On] kot vmesnega sredstva v prvi fazi (pot II), ki je podoben mehanizmu Binglove reakcije. Poleg tega ponavljajoči se napad cOH (ali cOOH) na C60O prek reakcije SN2 povzroči polihidroksilirani fuleren ali fulerenol.
Lahko pride do ponavljajoče se epoksidacije, ki povzroči zaporedne epoksidne skupine, npr. C60O2 in C60O3. Te epoksidne skupine bi lahko bile možni kandidati za ustvarjanje drugih intermediatov, npr. hidroksiliranega fulerenskega epoksida med sonolizo (= sonokemična razgradnja). Poleg tega lahko naknadno odpiranje obroča C60(OH)xOy s cOH povzroči nastanek fulerenola. Nastajanje teh intermediatov med sonolizo H2O2 ali H2O v prisotnosti C60 je neizogibno in njihova prisotnost v končnem fulerenolu (čeprav v sledovih) ne more ostati neopažena. Ker pa so v fulerenolu prisotni le v sledovih, ni pričakovati, da bodo povzročili kakršen koli pomemben vpliv. [Afreen et al., 2017]
Visoko zmogljivi zvočni aparati za fulerensko disperzijo
Hielscher Ultrasonics dobavlja sonde za vaše specifične zahteve: Ne glede na to, ali želite sonikirati majhne količine v laboratorijskem merilu ali proizvajati velike količine v industrijskem obsegu, Hielscher portfelj visoko zmogljivih zvočnikov ponuja popolno rešitev za vašo fulerensko disperzijo. Visoka izhodna moč, natančna prilagodljivost in zanesljivost naših ultrazvočnih aparatov poskrbijo, da so vaše procesne zahteve izpolnjene. Digitalni zasloni na dotik in avtomatsko beleženje podatkov ultrazvočnih parametrov na integrirani kartici SD omogočajo delovanje in nadzor naših ultrazvočnih naprav zelo uporabniku prijazen.
Robustnost Hielscher ultrazvočne opreme omogoča 24/7 delovanje pri težkih obremenitvah in v zahtevnih okoljih.
Spodnja tabela vam prikazuje približno zmogljivost obdelave naših ultrazvočnih aparatov:
| Obseg serije | Pretok | Priporočene naprave |
|---|---|---|
| 1 do 500 ml | 10 do 200 ml / min | UP100H |
| 10 do 2000 ml | 20 do 400 ml / min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 do 20L | 00,2 do 4 l/min | UIP2000hdT |
| 10 do 100L | 2 do 10 l/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 do 100 l/min | UIP16000 |
| n.a. | Večji | Grozd UIP16000 |
Kontaktirajte nas! / Vprašajte nas!
Ultrazvočni procesorji visoke moči od laboratorija do pilotnega in industrijskega obsega.
Literatura/Reference
- Sadia Afreen, Kasturi Muthoosamy, Sivakumar Manickam (2018): Sono-nano kemija: Novo obdobje sinteze polihidroksiliranih ogljikovih nanomaterialov s hidroksilnimi skupinami in njihovimi industrijskimi vidiki. Ultrazvočna sonokemija 2018.
- Sadia Afreen, Kasturi Muthoosamy, Sivakumar Manickam (2017): Hidracija ali hidroksilacija: neposredna sinteza fulerenola iz neokrnjenega fulerena [C60] z akustično kavitacijo v prisotnosti vodikovega peroksida. RSC Adv., 2017, 7, 31930–31939.
- Grigory V. Andrievsky, Vadim I. Bruskov, Artem A. Tykhomyrov, Sergey V. Gudkov (2009): Posebnosti antioksidativnih in radioprotektivnih učinkov hidriranih C60 fulerenskih nanostuktur in vitro in in vivo. Biologija prostih radikalov & Medicina 47, 2009. 786–793.
- Mihajlo Gigov, Borivoj Adnađević, Borivoj Adnađević, Jelena D. Jovanović (2016): Vpliv ultrazvočnega polja na izotermično kinetiko polihidroksilacije fulerena. Znanost o sintranju 2016, 48(2):259-272.
- Hirotaka Yoshioka, Naoko Yui, Kanaka Yatabe, Hiroto Fujiya, Haruki Musha, Hisateru Niki, Rie Karasawa, Kazuo Yudoh (2016): Polihidroksilirani C60 fulereni preprečujejo katabolično aktivnost hondrocitov pri nanomolarnih koncentracijah pri osteoartritisu. Revija za osteoartritis 2016, 1:115.
[/preklop]
Dejstva, ki jih je vredno vedeti
C60 Fulereni
Fuleren C60 (znan tudi kot buckyball ali Buckminster fulleren) je molekula, ki je zgrajena iz 60 ogljikovih atomov, razporejenih kot 12 peterokotnikov in 20 šesterokotnikov. Oblika molekule C60 spominja na nogometno žogo. Fulereni C60 so nestrupeni antioksidant, ki kaže moč 100–1000 višjo od vitamina E. Čeprav C60 sam po sebi ni topen v vodi, so bili sintetizirani številni visoko vodotopni derivati fulerena, kot je fullenerol.
Fulereni C60 se uporabljajo kot antioksidant in kot biofarmacevtski izdelki. Druge aplikacije vključujejo znanost o materialih, organsko fotovoltaiko (OPV), katalizatorje, čiščenje vode in zaščito pred biološkimi nevarnostmi, prenosno energijo, vozila in medicinske pripomočke.
Topnost čistega C60:
- v vodi: ni topen
- v dimetil sulfoksidu (DMSO): ni topen
- v toluenu: topen
- v benzenu: topen
Površinska struktura C60 fulerenov
vir: Yoshioka et al. 2016
Polihidroksilirani C60 / fuleneroli
Fulernerol ali fuleroli so polihidroksilirane molekule C60 (hidrirani fuleren C60: C60HyFn). Reakcija hidrolacije uvaja hidroksilne skupine (-OH) v molekulo C60. Molekule C60 z več kot 40 hidroksilnimi skupinami imajo večjo topnost v vodi (>50 mg/ml). Ti obstajajo kot monodisperzni nanodelci v vodi in imajo pogumen učinek poliranja. Kažejo vrhunske antioksidativne in protivnetne lastnosti. Polihidroksilirani fulereni (fulerenoli; C60(OH)n) se lahko raztopi v nekaterih alkoholih in nato predvidi v elektrokemičnem procesu, pri čemer se na anodi ustvari nanokarbonski film. Fulerenolni filmi se uporabljajo kot biokompatibilna prevleka, inertna za biološke predmete in lahko olajšajo integracijo nebioloških predmetov v telesna tkiva.
Topnost fulenerola:
- v vodi: topna, lahko doseže >50 mg/ml
- v dimetil sulfoksidu (DMSO): topen
- v metanolu: rahlo topen
- v toluenu: ni topen
- v benzenu: ni topen
Barva: Fulerenol, ki ima več kot 10 -OH skupin, ima temno rjavo barvo. Z naraščajočim številom skupin –OH se barva postopoma premakne iz temno rjave v rumeno.
Topnost topnosti C60(OH)8,2H2O v primerjavi s C60 v različnih topilih. vir: Afreen et al. 2017
Uporaba in uporaba fulerenolov:
- Farmacevtski: Diagnostični reagenti, super zdravila, kozmetika, jedrska magnetna resonanca (NMR) z razvijalcem. Afiniteta DNK, zdravila proti HIV, zdravila proti raku, kemoterapevtska zdravila, kozmetični dodatki in znanstvene raziskave. V primerjavi z neokrnjeno obliko imajo polihidroksilirani fulereni več potencialnih aplikacij zaradi povečane topnosti v vodi. Ugotovljeno je bilo, da lahko fuleroli zmanjšajo kardiotoksičnost nekaterih zdravil in zavirajo HIV-proteazo, virus hepatitisa C in nenormalno rast celic. Poleg tega so pokazali odlične sposobnosti odstranjevanja prostih radikalov proti reaktivnim kisikovim vrstam in radikalom v fizioloških pogojih.
- Energija: Sončna baterija, gorivna celica, sekundarna baterija.
- Industrija: Materiali, odporni proti obrabi, materiali, ki zavirajo gorenje, maziva, polimerni dodatki, visoko zmogljiva membrana, katalizator, umetni diamant, trda zlitina, električna viskozna tekočina, črnilni filtri, visoko zmogljivi premazi, zaščitni premazi, proizvodnja bioaktivnih materialov, pomnilniški materiali, vgrajene molekularne in druge značilnosti, kompozitni materiali itd.
- Informacijska industrija: Polprevodniški zapisni mediji, magnetni materiali, tiskarsko črnilo, toner, črnilo, papir za posebne namene.
- Elektronski deli: Superprevodni polprevodniki, diode, tranzistorji, induktorji.
- Optični materiali, elektronska kamera, fluorescenčna prikazovalna cev, nelinearni optični materiali.
- Okolje: adsorpcija plina, skladiščenje plina.