C60 i polihidroksiluar me ultratinguj (fulerenol)
- Fulereni C60 i polihidroksiluar, i tretshëm në ujë, i quajtur fulerenol ose fulerol, është një kapës i fuqishëm i radikaleve të lira dhe për këtë arsye përdoret si antioksidant në suplemente dhe preparate farmaceutike.
- Hidroksilimi me ultratinguj është një reaksion i shpejtë dhe i thjeshtë me një hap, i cili përdoret për të prodhuar C60 të polihidroksiluar, të tretshëm në ujë.
- C60 i tretshëm në ujë, i sintetizuar me ultratinguj, ka cilësi superiore dhe përdoret për aplikime farmaceutike dhe aplikime me performancë të lartë.
Sinteza me ultratinguj në një hap e C60 të polihidroksiluar
Kavitacioni tejzanor është teknika superiore për prodhimin e fulereneve C60 të polihidroksiluara me cilësi të lartë, të cilat janë të tretshme në ujë dhe për këtë arsye mund të përdoren në aplikime të ndryshme në farmaceutikë, mjekësi dhe industri. Afreen et al (2017) kanë zhvilluar një sintezë të shpejtë dhe të thjeshtë me ultratinguj të C60 të polihidroksiluar pa ndotës (i njohur edhe si fulerenol ose fulerol). Reaksioni me ultratinguj në një hap përdor H2O2 dhe nuk përfshin përdorimin e reagentëve shtesë hidroksilues, pra NaOH, H2SO4 dhe katalizatorëve të transferimit fazor (PTC), të cilët shkaktojnë papastërti në fulerenolin e sintetizuar. Kjo e bën sintezën e fulerenolit me ultratinguj një qasje më të pastër për prodhimin e fulerenolit; njëkohësisht, ajo është një mënyrë më e lehtë dhe më e shpejtë për të prodhuar C60 me cilësi të lartë, të tretshëm në ujë.
Rrugët e mundshme të reaksionit në sintezën e fulerenolit të asistuar me ultratinguj në prani të H2O2 të holluar (30%).
burimi: Afreen et al. 2017
Sinteza me ultratinguj e C60 të tretshëm në ujë – hap pas hapi
Për përgatitjen e shpejtë, të thjeshtë dhe ekologjike të C60 të polihidroksiluar, i cili është i tretshëm në ujë, 200 mg C60 i pastër shtohet në 20mL H2O2 30% dhe trajtohet me ultratinguj me modelet e sonikatorëve UP200Ht ose UP200St. Parametrat e trajtimit me ultratinguj ishin amplitudë 30%, 200 W në regjim pulsues për 1 h në temperaturën e dhomës. Ena e reaksionit vendoset në një banjë uji me qarkullim dhe ftohje për të mbajtur temperaturën brenda enës në temperaturën e ambientit. Para trajtimit me ultratinguj, C60 është i papërzieshëm në H2O2 ujor dhe përbën një përzierje heterogjene pa ngjyrë, e cila merr ngjyrë kafe të çelët pas 30 min trajtimi me ultratinguj. Më pas, gjatë 30 min të ardhshme të trajtimit me ultratinguj, ajo shndërrohet në një dispersion tërësisht kafe të errët.
Dhuruesi i hidroksilit: Kavitacioni intensiv i gjeneruar me ultratinguj (= akustik) krijon radikale si cOH, cOOH dhe cH nga molekulat e H2O dhe H2O2. Përdorimi i H2O2 në mjedise ujore është një qasje më efikase për futjen e grupeve –OH në kafazin e C60 sesa përdorimi vetëm i H2O për sintezën e fulerenolit. H2O2 luan një rol të rëndësishëm në intensifikimin e hidroksilimit me ultratinguj.
Hidroksilimi me ultratinguj i C60 duke përdorur H2O2 të holluar (30%) është një reaksion i lehtë dhe i shpejtë me një hap për përgatitjen e fulerenolit. Duke kërkuar vetëm një kohë të shkurtër për reaksionin, reaksioni me ultratinguj ofron një qasje ekologjike dhe të pastër me kërkesë të ulët për energji, duke shmangur përdorimin e çfarëdo reagenti toksik ose gërryes për sintezën dhe duke zvogëluar numrin e tretësve të nevojshëm për ndarjen dhe pastrimin e C60(OH)8∙2H2O.
UP400St (400W, 24kHz) është një dispersues i fuqishëm tejzanor
Rruga e polihidroksilimit me ultratinguj
Kur valët intensive të ultratingujve transmetohen në një lëng, ciklet e alternuara të presionit të ulët / presionit të lartë krijojnë flluska vakumi në lëng. Flluskat e vakumit rriten gjatë disa cikleve derisa nuk mund të përthithin më energji, kështu që shemben vrullshëm. Gjatë shembjes së flluskave ndodhin efekte fizike ekstreme si diferenca të mëdha të temperaturës dhe presionit, valë goditëse, mikrorryma, turbulenca, forca prerëse etj. Ky fenomen njihet si kavitacion tejzanor ose kavitacion akustik. Këto forca intensive të kavitacionit ultrasonik i zbërthejnë molekulat në radikale cOH dhe cOOH55.
Afreen et al. (2017) supozojnë se reaksioni mund të zhvillohet njëkohësisht nëpër dy rrugë. Radikalet cOH, si specie reaktive të oksigjenit (ROS), lidhen me kafazin e C60 për të formuar fulerenol (Rruga I), dhe/ose radikalet –OH dhe cOOH sulmojnë lidhjet dyfishe të C60 me mungesë elektronesh në një reaksion nukleofilik dhe kjo çon në formimin e epoksidit të fulerenit [C60On] si ndërmjetës në fazën e parë (Rruga II), e cila është e ngjashme me mekanizmin e reaksionit të Bingel-it. Më tej, sulmi i përsëritur i cOH (ose cOOH) mbi C60O nëpërmjet një reaksioni SN2 rezulton në fuleren të polihidroksiluar ose fulerenol.
Mund të ndodhë epoksidim i përsëritur, i cili prodhon grupe të njëpasnjëshme epokside, p.sh., C60O2 dhe C60O3. Këto grupe epokside mund të jenë kandidatë të mundshëm për të gjeneruar ndërmjetës të tjerë, p.sh. epoksid fulereni të hidroksiluar gjatë sonolizës (= zbërthim sonokimik). Gjithashtu, hapja e mëpasshme e unazës së C60(OH)xOy me cOH mund të rezultojë në formimin e fulerenolit. Formimi i këtyre ndërmjetësve gjatë sonolizës së H2O2 ose H2O në prani të C60 është i pashmangshëm dhe prania e tyre në fulerenolin përfundimtar (edhe pse në sasi gjurmë) nuk mund të lihet pa u vënë në dukje. Megjithatë, meqë ata janë të pranishëm në fulerenol vetëm në sasi gjurmë, nuk pritet të shkaktojnë ndonjë ndikim të konsiderueshëm. [Afreen et al., 2017]
Sonikatorë me performancë të lartë për dispergimin e fulerenit
Hielscher Ultrasonics ofron sonikatorë me sondë për kërkesat tuaja specifike: Pavarësisht nëse dëshironi të sonikoni vëllime të vogla në shkallë laboratorike apo të prodhoni një rrjedhë me vëllim të madh në shkallë industriale, gama e sonikatorëve me performancë të lartë e Hielscher ofron zgjidhjen e përsosur për dispergimin tuaj të fulerenit. Fuqia e lartë në dalje, mundësia e rregullimit të saktë dhe besueshmëria e pajisjeve tona ultrasonike sigurojnë përmbushjen e kërkesave të procesit tuaj. Ekranet digjitale me prekje dhe regjistrimi automatik i të dhënave të parametrave ultrasonikë në një kartë SD të integruar e bëjnë përdorimin dhe kontrollin e pajisjeve tona ultrasonike shumë të lehtë për përdoruesin.
Qëndrueshmëria e pajisjeve ultrasonike Hielscher mundëson funksionimin 24/7 nën ngarkesë të rëndë dhe në mjedise kërkuese.
Tabela më poshtë ju jep një ide për kapacitetin e përafërt të përpunimit të pajisjeve tona ultrasonike:
| Vëllimi i serisë | Prurja | Pajisjet e rekomanduara |
|---|---|---|
| 1 deri në 500mL | 10 deri në 200mL/min | UP100H |
| 10 deri në 2000mL | 20 deri në 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 deri në 20L | 0,2 deri në 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 deri në 100L | 2 deri në 10L/min | UIP4000hdT |
| nuk zbatohet | 10 deri në 100L/min | UIP16000 |
| nuk zbatohet | më e lartë | grup pajisjesh UIP16000 |
Na kontaktoni! / Na pyesni!
Procesorë ultrasonikë me fuqi të lartë, nga shkalla laboratorike në shkallë pilot dhe industriale.
Literatura/Referencat
- Sadia Afreen, Kasturi Muthoosamy, Sivakumar Manickam (2018): Kimia sono-nano: Një epokë e re e sintetizimit të nanomaterialeve të karbonit të polihidroksiluara me grupe hidroksile dhe aspektet e tyre industriale. Ultrasonics Sonochemistry 2018.
- Sadia Afreen, Kasturi Muthoosamy, Sivakumar Manickam (2017): Hidratim apo hidroksilim: sinteza e drejtpërdrejtë e fulerenolit nga fulereni i pamodifikuar [C60] nëpërmjet kavitacionit akustik në prani të peroksidit të hidrogjenit. RSC Adv., 2017, 7, 31930–31939.
- Grigory V. Andrievsky, Vadim I. Bruskov, Artem A. Tykhomyrov, Sergey V. Gudkov (2009): Veçoritë e efekteve antioksiduese dhe radiombrojtëse të nanostrukturave të fulerenit C60 të hidratuar in vitro dhe in vivo. Free Radical Biology & Medicine 47, 2009. 786–793.
- Mihajlo Gigov, Borivoj Adnađević, Borivoj Adnađević, Jelena D. Jovanovic (2016): Efekti i fushës ultrasonike në kinetikën izotermike të polihidroksilimit të fulerenit. 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): Fulerenet C60 të polihidroksiluara parandalojnë aktivitetin katabolik të kondrociteve në përqendrime nanomolare në osteoartrit. Journal of Osteoarthritis 2016, 1:115.
[/toggle]
Fakte që ia vlen të dini
Fulerenet C60
Një fuleren C60 (i njohur edhe si buckyball ose fuleren Buckminster) është një molekulë e përbërë nga 60 atome karboni, të vendosura në formën e 12 pesëkëndëshave dhe 20 gjashtëkëndëshave. Forma e një molekule C60 i ngjan një topi futbolli. Fulerenet C60 janë një antioksidant jotoksik që shfaq një potencë 100–1000 më të lartë se vitamina E. Megjithëse vetë C60 nuk është i tretshëm në ujë, janë sintetizuar shumë derivate të fulerenit me tretshmëri të lartë në ujë, si fulerenoli.
Fulerenet C60 përdoren si antioksidant dhe si biofarmaceutik. Zbatime të tjera përfshijnë shkencën e materialeve, fotovoltaikën organike (OPV), katalizatorët, pastrimin e ujit dhe mbrojtjen nga rreziqet biologjike, furnizimin portativ me energji, automjetet dhe pajisjet mjekësore.
Tretshmëria e C60 të pastër:
- në ujë: i patretshëm
- në dimetilsulfoksid (DMSO): i patretshëm
- në toluen: i tretshëm
- në benzen: i tretshëm
Struktura sipërfaqësore e fulereneve C60
burimi: Yoshioka et al. 2016
C60 i polihidroksiluar / Fulerenolet
Fulerenoli ose fulerolet janë molekula C60 të polihidroksiluara (fuleren C60 i hidratuar: C60HyFn). Reaksioni i hidroksilimit fut grupe hidroksile (-OH) në molekulën C60. Molekulat C60 me mbi 40 grupe hidroksile kanë tretshmëri më të lartë në ujë (>50 mg/mL). Ato ekzistojnë në ujë si nanogrimca monodisperse dhe kanë një efekt lustrues të guximshëm. Ato shfaqin veti superiore antioksiduese dhe antiinflamatore. Fulerenet e polihidroksiluara (fulerenolet; C60(OH)n) mund të treten në disa alkoole dhe më pas të precipitohen në një proces elektrokimik, duke krijuar një film nanokarboni në anodë. Filmat e fulerenolit përdoren si veshje biokompatibile, inerte ndaj objekteve biologjike, dhe mund të lehtësojnë integrimin e objekteve jobiologjike në indet e trupit.
Tretshmëria e fulerenolit:
- në ujë: i tretshëm, mund të arrijë >50 mg/mL
- në dimetilsulfoksid (DMSO): i tretshëm
- në metanol: pak i tretshëm
- në toluen: i patretshëm
- në benzen: i patretshëm
Ngjyra: Fulerenoli që mbart më shumë se 10 grupe –OH shfaq një ngjyrë kafe të errët. Me rritjen e numrit të grupeve –OH, ngjyra kalon gradualisht nga kafe e errët në të verdhë.
Tretshmëria e tretshmërisë së C60(OH)8.2H2O në krahasim me C60 në tretës të ndryshëm. burimi: Afreen et al. 2017
Zbatimet dhe përdorimi i fulerenoleve:
- Farmaceutikë: Reagentë diagnostikues, superbarna, kozmetikë, rezonancë magnetike bërthamore (NMR) me zhvilluesin. Afinitet për ADN-në, barna kundër HIV-it, barna kundër kancerit, barna kimioterapeutike, aditivë kozmetikë dhe kërkim shkencor. Krahasuar me formën e pastër, fulerenet e polihidroksiluara kanë më shumë zbatime të mundshme për shkak të tretshmërisë së tyre të rritur në ujë. Është konstatuar se fulerolet mund të zvogëlojnë kardiotoksicitetin e disa barnave dhe të frenojnë proteazën e HIV-it, virusin e hepatitit C dhe rritjen jonormale të qelizave. Për më tepër, ato shfaqën aftësi të shkëlqyera për kapjen e radikaleve të lira, duke vepruar kundër specieve reaktive të oksigjenit dhe radikaleve në kushte fiziologjike.
- Energji: Bateri diellore, pilë karburanti, bateri sekondare.
- Industri: Material rezistent ndaj konsumimit, materiale që ngadalësojnë përhapjen e flakës, lubrifikantë, aditivë për polimere, membranë me performancë të lartë, katalizator, diamant artificial, aliazh i fortë, lëng viskoz elektrik, filtra boje, veshje me performancë të lartë, veshje që ngadalësojnë përhapjen e zjarrit, prodhim materialesh bioaktive, materiale me memorie, molekulare të integruara dhe karakteristika të tjera, materiale të përbëra etj.
- Industria e informacionit: Mjedis regjistrimi gjysmëpërçues, materiale magnetike, bojë shtypi, toner, bojë, letër për qëllime të veçanta.
- Pjesë elektronike: Gjysmëpërçues superpërçues, dioda, transistorë, induktor.
- Materiale optike, kamerë elektronike, tub ekrani fluoreshent, materiale optike jolineare.
- Mjedis: Adsorbim i gazeve, ruajtje e gazeve.