Ultraljud polyhydroxylerad C60 (fullerenol)
- Vattenlöslig polyhydroxylerad C60 fulleren, kallad fullerenol eller fullerol, är en stark rensare av fria radikaler och används därför som en antioxidant i kosttillskott och läkemedel.
- Ultraljudshydroxylering är en snabb och enkel enstegsreaktion, som används för att producera vattenlöslig polyhydroxylerad C60.
- Ultraljudssyntetiserad vattenlöslig C60 har överlägsen kvalitet och används för läkemedel och högpresterande applikationer.
Ultraljud enstegs syntes av polyhydrolxylerad C60
Ultraljud kavitation är den överlägsna tekniken för att producera högkvalitativa polyhydroxylerade C60 fullerener, som är vattenlösliga och kan därför användas i olika applikationer inom läkemedel, medicin och industri. Afreen et al (2017) har utvecklat en snabb och enkel ultraljudssyntes av kontamineringsfri polyhydroxylerad C60 (även känd som fullerenol eller fullerol). Ultraljudsreaktionen i ett steg använder H2O2 och är fri från användning av ytterligare hydroxylerande reagens, dvs NaOH, H2SO4 och fasöverföringskatalysatorer (PTC), som orsakar föroreningar i den syntetiserade fullerenolen. Detta gör ultraljudet fullerenolsyntes är ett renare tillvägagångssätt för att producera fullerenol; Samtidigt är det ett enklare och snabbare sätt att producera högkvalitativ, vattenlöslig C60.

Möjliga reaktionsvägar i den ultraljudsassisterade syntesen av fullerenol i närvaro av dil. H2O2 (30%).
källa: Afreen et al. 2017
Ultraljudssyntes av vattenlöslig C60 – Stegvisa
För den snabba, enkla och gröna beredningen av polyhydroxylerad C60, som är vattenlöslig, tillsätts 200 mg ren C60 till 20 ml 30% H2O2 och sonikerad med sonikatormodellerna UP200Ht eller UP200St. Ultraljudsbehandling parametrar var 30% amplitud, 200 W vid pulsat läge i 1 timme vid rumstemperatur. Reaktionskärlet placeras i ett kylt cirkulationsvattenbad för att hålla temperaturen inuti kärlet vid omgivningstemperatur. Före ultraljudsbehandling är C60 oblandbar i vattenhaltig H2O2 och är en färglös heterogen blandning, som blir till en ljusbrun färg efter 30 minuters ultraljud. Därefter, under de kommande 30 minuterna av ultraljud blir det en helt mörkbrun dispersion.
Hydroxyldonator: Intensiv ultraljudsgenererad (= akustisk) kavitation skapar radikaler som cOH, cOOH och cH från H2O- och H2O2-molekyler. Användningen av H2O2 i vattenhaltiga medier är ett mer effektivt tillvägagångssätt för att introducera –OH-grupper i C60-buren snarare än att bara använda H2O för syntesen av fullerenol. H2O2 spelar en viktig roll i intensifieringen av ultraljudshydroxyleringen.
Ultraljudshydroxylering av C60 med dil. H2O2 (30%) är en enkel och snabb enstegsreaktion för att förbereda fullerenol. Ultraljudsreaktionen kräver bara en kort tid för reaktionen och erbjuder ett grönt och rent tillvägagångssätt med ett lågt energibehov, undviker användning av giftiga eller frätande reagenser för syntesen och minskar antalet lösningsmedel som krävs för separation och rening av C60 (OH)8∙2H2O.

UP400St (400W, 24kHz) är en kraftfull ultraljudsdispergare
Ultraljud polyhydroxylering väg
När intensiva ultraljudsvågor kopplas in i en vätska skapar omväxlande lågtrycks- / högtryckscykler vakuumbubblor i vätskan. Vakuumbubblorna växer under flera cykler tills de inte kan absorbera mer energi, så att de kollapsar våldsamt. Under bubblans kollaps uppstår extrema fysiska effekter som höga temperatur- och tryckskillnader, stötvågor, mikrojetstrålar, turbulens, skjuvkrafter etc. Detta fenomen är känt som ultraljud eller akustisk kavitation. Dessa intensiva krafter av ultraljudskavitation sönderdelar molekylerna till cOH- och cOOH55-radikaler.
Afreen et al. (2017) antar att reaktionen kan fortskrida i två vägar samtidigt. cOH-radikaler som reaktiva syrearter (ROS) fäster på C60-buren för att ge fullerenol (Väg I), och/eller –OH- och cOOH-radikaler angriper de elektronbristfälliga C60-dubbelbindningarna i en nukleofil reaktion och detta leder till bildandet av fullerenepoxid [C60On] som en intermediär i det första steget (Väg II) som liknar mekanismen för Bingel-reaktionen. Vidare resulterar den upprepade attacken av cOH (eller cOOH) på C60O via en SN2-reaktion i polyhydroxylerad fulleren eller fullerenol.
Upprepad epoxidation kan äga rum som producerar på varandra följande epoxidgrupper, t.ex. C60O2 och C60O3. Dessa epoxidgrupper kan vara möjliga kandidater för att generera andra intermediärer, t.ex. hydroxylerad fullerenepoxid under sonolys (= sonokemisk nedbrytning). Dessutom kan den efterföljande ringöppningen av C60(OH)xOy med cOH resultera i bildandet av fullerenol. Bildandet av dessa intermediärer under sonolysen av H2O2 eller H2O i närvaro av C60 är oundvikligt, och deras närvaro i den slutliga fullerenolen (även om det är i en spårmängd) kan inte gå obemärkt förbi. Emellertid, eftersom de endast finns i spårmängder i fullerenol förväntas de inte orsaka någon betydande påverkan. [Afreen et al., 2017]
Högpresterande sonikatorer för Fullerene dispersion
Hielscher Ultrasonics levererar sond-typ sonikatorer för dina specifika krav: Oavsett om du vill sonikera små volymer i labbskala eller producera stor volym ström i industriell skala, erbjuder Hielscher portfölj av högpresterande sonikatorer den perfekta lösningen för din fulleren dispersion. Den höga effekten, den exakta justerbarheten och tillförlitligheten hos våra ultraljudsapparater ser till att dina processkrav uppfylls. Digitala pekskärmar och automatisk dataregistrering av ultraljudsparametrarna på ett integrerat SD-kort gör driften och kontrollen av våra ultraljudsenheter mycket användarvänlig.
Robustheten hos Hielschers ultraljudsutrustning möjliggör 24/7 drift vid tung belastning och i krävande miljöer.
Tabellen nedan ger dig en indikation på den ungefärliga bearbetningskapaciteten hos våra ultraljudsapparater:
Batchvolym | Flöde | Rekommenderade enheter |
---|---|---|
1 till 500 ml | 10 till 200 ml/min | UP100H |
10 till 2000 ml | 20 till 400 ml/min | UP200Ht, UP400St |
0.1 till 20L | 0.2 till 4L/min | UIP2000hdT |
10 till 100L | 2 till 10L/min | UIP4000hdT |
N.A. | 10 till 100 L/min | UIP16000 |
N.A. | Större | kluster av UIP16000 |
Kontakta oss! / Fråga oss!
Litteratur/Referenser
- Sadia Afreen, Kasturi Muthoosamy, Sivakumar Manickam (2018): Sono-nanokemi: En ny era av syntes av polyhydroxylerade kolnanomaterial med hydroxylgrupper och deras industriella aspekter. Ultraljud Sonokemi 2018.
- Sadia Afreen, Kasturi Muthoosamy, Sivakumar Manickam (2017): Hydrering eller hydroxylering: direkt syntes av fullerenol från orörd fulleren [C60] via akustisk kavitation i närvaro av väteperoxid. RSC Adv., 2017, 7, 31930–31939.
- Grigory V. Andrievsky, Vadim I. Bruskov, Artem A. Tykhomyrov, Sergey V. Gudkov (2009): Särdrag hos antioxidanten och radioprotektiva effekterna av hydratiserade C60 fullerene nanostuckturer in vitro och in vivo. Fria radikaler biologi & Medicin 47, 2009. 786–793.
- Mihajlo Gigov, Borivoj Adnađević, Borivoj Adnađević, Jelena D. Jovanovic (2016): Effekt av ultraljudsfält på isotermisk kinetik av fullerenpolyhydroxylering. Vetenskapen om sintring 2016, 48(2):259-272.
- Hirotaka Yoshioka, Naoko Yui, Kanaka Yatabe, Hiroto Fujiya, Haruki Musha, Hisateru Niki, Rie Karasawa, Kazuo Yudoh (2016): Polyhydroxylerade C60 fullerener förhindrar kondrocytkatabol aktivitet vid nanomolära koncentrationer vid artros. Tidskrift för artros 2016, 1:115.
[/toggle]
Fakta som är värda att veta
C60 Fullerener
En C60 fulleren (även känd som buckyball eller Buckminster fulleren) är en molekyl som är uppbyggd av 60 kolatomer, ordnade som 12 femhörningar och 20 hexagoner. Formen på en C60-molekyl liknar en fotboll. C60 fullerens är en giftfri antioxidant som visar en styrka som är 100-1000 högre än vitamin E. Även om C60 i sig inte är vattenlösligt, har många mycket vattenlösliga fullerenderivat såsom fullenerol syntetiserats.
C60 fullerens används som antioxidant och som biofarmaceutisk. Andra tillämpningar inkluderar materialvetenskap, organiska solceller (OPV), katalysatorer, inom vattenrening och skydd mot biologiska faror, bärbar kraft, fordon och medicinsk utrustning.
Löslighet av ren C60:
- i vatten: inte lösligt
- i dimetylsulfoxid (DMSO): ej löslig
- i toluen: löslig
- i bensen: löslig
Polyhydroxylerad C60 / Fulleneroler
Fullernerol eller fulleroler är polyhydroxylerade C60-molekyler (hydratiserad C60-fulleren: C60HyFn). Hydrolylationsreaktionen introducerar hydroxylgrupper (-OH) till C60-molekylen. C60-molekyler med över 40 hydroxylgrupper har en högre vattenlöslighet (>50 mg/ml). Dessa finns som monodispersa nanopartiklar i vatten och har en tapper poleringseffekt. De uppvisar överlägsna antioxidativa och antiinflammatoriska egenskaper. Polyhydroxylerade fullerener (fullerenoler; C60(OH)n) kan lösas upp i vissa alkoholer och sedan fällas ut i en elektrokemisk process, vilket skapar en nanokolfilm på anoden. Fullerenolfilmer används som en biokompatibel beläggning, inert mot biologiska föremål och kan underlätta integrationen av icke-biologiska objekt i kroppsvävnader.
Löslighet av Fullenerol:
- i vatten: lösligt, kan nå >50 mg/ml
- i dimetylsulfoxid (DMSO): löslig
- I metanol: svagt löslig
- i toluen: inte löslig
- i bensen: olöslig
Färg: Fullerenol som bär mer än 10 –OH grupper uppvisar en mörkbrun färg. Med ett ökande antal –OH-grupper skiftar färgen gradvis från mörkbrun till gul.

Löslighet av löslighet av C60(OH)8.2H2O i jämförelse med C60 i olika lösningsmedel. källa: Afreen et al. 2017
Tillämpningar och användning av fullerenoler:
- Läkemedel: Diagnostiska reagenser, superläkemedel, kosmetika, kärnmagnetisk resonans (NMR) med utvecklaren. DNA-affinitet, anti-HIV-läkemedel, anti-cancerläkemedel, kemoterapiläkemedel, kosmetiska tillsatser och vetenskaplig forskning. Jämfört med den orörda formen har polyhydroxylerade fullerener fler potentiella tillämpningar på grund av deras förbättrade vattenlöslighet. Det har visat sig att fulleroler kan minska kardiotoxiciteten hos vissa läkemedel och hämma HIV-proteas, hepatit C-virus och onormal tillväxt av celler. Dessutom uppvisade de utmärkta förmåga att rensa bort fria radikaler mot reaktiva syrearter och radikaler under fysiologiska förhållanden.
- Energi: Solbatteri, bränslecell, sekundärt batteri.
- Bransch: Slitstarkt material, flamskyddsmedel, smörjmedel, polymertillsatser, högpresterande membran, katalysator, konstgjord diamant, hård legering, elektrisk viskös vätska, bläckfilter, högpresterande beläggningar, brandhämmande beläggningar, tillverkning av bioaktiva material, minnesmaterial, inbäddade molekylära och andra egenskaper, kompositmaterial etc.
- Informationsindustri: Halvledarskivmedium, magnetiska material, tryckfärg, toner, bläck, papper speciella ändamål.
- Elektroniska delar: Supraledande halvledare, dioder, transistorer, induktor.
- Optiska material, elektroniska kameror, fluorescensdisplayrör, icke-linjära optiska material.
- Miljö: Gasadsorption, gaslagring.