Ултразвучно полихидроксиловани C60 (фулеренол)

• Полихидроксиловани фулерен C60 растворљив у води, који се назива фулеренол или фулерол, снажан је хватач слободних радикала и зато се користи као антиоксиданс у додацима исхрани и фармацеутским препаратима.
• Ултразвучна хидроксилација је брза и једноставна реакција у једном кораку, која се користи за добијање полихидроксилованог C60 растворљивог у води.
• Ултразвучно синтетисани C60 растворљив у води има супериоран квалитет и користи се у фармацији и за примене које захтевају високе перформансе.

Ултразвучна синтеза полихидроксилованог C60 у једном кораку

Ултразвучна кавитација је супериорна техника за добијање висококвалитетних полихидроксилованих фулерена C60, који су растворљиви у води и зато се могу користити за различите примене у фармацији, медицини и индустрији. Afreen и сар. (2017) развили су брзу и једноставну ултразвучну синтезу полихидроксилованог C60 без контаминаната (познатог и као фулеренол или фулерол). Ултразвучна реакција у једном кораку користи H2O2 и не захтева употребу додатних реагенаса за хидроксилацију, тј. NaOH, H2SO4 и катализатора фазног преноса (PTC), који доводе до појаве нечистоћа у синтетисаном фулеренолу. Због тога је ултразвучна синтеза фулеренола чистији приступ добијању фулеренола; истовремено, она је лакши и бржи начин добијања висококвалитетног C60 растворљивог у води.

Могући реакциони путеви у синтези фулеренола потпомогнутој ултразвуком у присуству разблаженог H2O2 (30%).
извор: Afreen и сар. 2017

Ултразвучна синтеза C60 растворљивог у води – корак по корак

За брзу, једноставну и еколошки прихватљиву припрему полихидроксилованог C60 растворљивог у води, 200 mg чистог C60 додаје се у 20mL 30% H2O2 и третира ултразвуком помоћу модела соникатора UP200Ht или UP200St. Параметри соникације били су амплитуда од 30%, 200 W у пулсном режиму током 1 h на собној температури. Реакциона посуда поставља се у водено купатило са расхладним циркулатором како би се температура унутар посуде одржавала на температури околине. Пре соникације, C60 се не меша са воденим раствором H2O2 и представља безбојну хетерогену смешу, која након 30 min ултразвучног третмана поприма светлосмеђу боју. Затим, током наредних 30 min ултразвучног третмана, претвара се у потпуно тамносмеђу дисперзију.
Донор хидроксилних група: Интензивна кавитација настала дејством ултразвука (= акустична кавитација) ствара радикале као што су cOH, cOOH и cH из молекула H2O и H2O2. Употреба H2O2 у воденим срединама ефикаснији је приступ увођењу –OH група на кавезну структуру C60 него употреба само H2O за синтезу фулеренола. H2O2 има важну улогу у интензивирању ултразвучне хидроксилације.

Ултразвучна хидроксилација C60 помоћу разблаженог H2O2 (30%) једноставна је и брза реакција у једном кораку за припрему фулеренола. Пошто захтева само кратко време за реакцију, ултразвучна реакција пружа еколошки прихватљив и чист приступ уз малу потрошњу енергије, избегавајући употребу било каквих токсичних или корозивних реагенаса за синтезу и смањујући број растварача потребних за одвајање и пречишћавање C60(OH)₈∙2H₂O.

Реакциони пут ултразвучне полихидроксилације

Када се интензивни ултразвучни таласи спрегну са течношћу, наизменични циклуси ниског / високог притиска стварају вакуумске мехуриће у течности. Вакуумски мехурићи расту током више циклуса све док више не могу да апсорбују енергију, након чега нагло колабирају. При колапсу мехурића јављају се екстремни физички ефекти, као што су велике разлике у температури и притиску, ударни таласи, микромлазеви, турбуленције, силе смицања итд. Ова појава позната је као ултразвучна или акустична кавитација. Ове интензивне силе ултразвучне кавитације разлажу молекуле на радикале cOH и cOOH55.
Afreen и сар. (2017) претпостављају да реакција може истовремено да се одвија двама путевима. Радикали cOH, као реактивне врсте кисеоника (ROS), везују се за кавез C60, при чему настаје фулеренол (пут I), и/или радикали –OH и cOOH нападају двоструке везе C60 са недостатком електрона у нуклеофилној реакцији, што доводи до стварања епоксида фулерена [C60On] као међупроизвода у првој фази (пут II), што је слично механизму Бингелове реакције. Даље, поновљени напад cOH (или cOOH) на C60O путем реакције SN2 доводи до настанка полихидроксилованог фулерена или фулеренола.
Може доћи до поновљене епоксидације, при чему се сукцесивно стварају епоксидне групе, нпр. C60O2 и C60O3. Ове епоксидне групе могле би бити потенцијални кандидати за стварање других међупроизвода, нпр. хидроксилованог епоксида фулерена током сонолизе (= сонохемијског разлагања). Поред тога, накнадно отварање прстена C60(OH)xOy помоћу cOH може довести до стварања фулеренола. Стварање ових међупроизвода током сонолизе H2O2 или H2O у присуству C60 је неизбежно, а њихово присуство у коначном фулеренолу (иако у траговима) не може се занемарити. Међутим, пошто су у фулеренолу присутни само у траговима, не очекује се да ће имати било какав значајан утицај. [Afreen et al., 2017]

Соникатори високих перформанси за дисперговање фулерена

Hielscher Ultrasonics испоручује соникаторе са сондом за ваше специфичне захтеве: било да желите да соницирате мале запремине у лабораторијским размерама или да производите ток велике запремине у индустријским размерама, Hielscher асортиман соникатора високих перформанси нуди савршено решење за дисперговање фулерена. Висока излазна снага, могућност прецизног подешавања и поузданост наших ултразвучних уређаја обезбеђују испуњавање захтева вашег процеса. Дигитални екрани осетљиви на додир и аутоматско бележење података о ултразвучним параметрима на уграђену SD картицу чине руковање нашим ултразвучним уређајима и њихову контролу веома једноставним за корисника.
Робусност Hielscher ултразвучне опреме омогућава рад 24/7 под великим оптерећењем и у захтевним условима.
Табела у наставку даје преглед приближног капацитета обраде наших ултразвучних уређаја: