Ультразвуковий полігідроксильований C60 (фулеренол)
- Водорозчинний полігідроксильований фулерен C60, який називається фулеренолом або фуллеролом, є сильним поглиначем вільних радикалів і тому використовується як антиоксидант у харчових добавках і фармацевтичних препаратах.
- Ультразвукове гідроксилювання – це швидка та проста одноетапна реакція, яка використовується для отримання водорозчинного полігідроксильованого С60.
- Синтезований ультразвуком водорозчинний C60 має чудову якість і використовується для фармацевтичних та високоефективних застосувань.
Ультразвуковий одноетапний синтез полігідролксильованого С60
Ультразвукова кавітація є найкращою технікою для отримання високоякісних полігідроксильованих фулеренів C60, які є водорозчинними і тому можуть використовуватися в різних сферах застосування у фармацевтиці, медицині та промисловості. Afreen et al. (2017) розробили швидкий і простий ультразвуковий синтез полігідроксильованого C60 без забруднення (також відомого як фулеренол або фулерол). Ультразвукова одностадійна реакція використовує H2O2 і вільна від використання додаткових гідроксилюючих реагентів, тобто NaOH, H2SO4 і каталізаторів фазового переносу (PTC), які викликають домішки в синтезованому фулеренолі. Це робить синтез ультразвукового фулеренолу більш чистим підходом до виробництва фулеренолу; у той же час це простіший і швидший спосіб отримання високоякісного, водорозчинного С60.
Можливі шляхи реакції в синтезі фулеренолу за допомогою ультразвуку в присутності dil. H2O2 (30%).
джерело: Afreen et al. 2017
Ультразвуковий синтез водорозчинного С60 – Покрокові
Для швидкого, простого та екологічного приготування полігідроксильованого C60, який є водорозчинним, 200 мг чистого C60 додають до 20 мл 30% H2O2 та ультразвукують за допомогою моделей ультразвукового апарату UP200Ht або UP200St. Параметри звукового звуку становили 30% амплітуди, 200 Вт в імпульсному режимі протягом 1 год при кімнатній температурі. Реакційну посудину поміщають у водяну баню охолодженого циркуляційного насоса з метою підтримки температури всередині посудини на рівні температури навколишнього середовища. Перед ультразвуковим дослідженням С60 не змішується у водній Н2О2 і являє собою безбарвну неоднорідну суміш, яка через 30 хв ультразвуку набуває світло-коричневий колір. Згодом, в наступні 30 хв ультразвуку, вона перетворюється в абсолютно темно-коричневу дисперсію.
Донор гідроксилу: інтенсивна ультразвукова (= акустична) кавітація створює радикали, такі як cOH, cOOH і cH з молекул H2O і H2O2. Використання H2O2 у водних середовищах є більш ефективним підходом для введення –OH-груп у клітку C60, а не лише з використанням H2O для синтезу фулеренолу. Н2О2 відіграє важливу роль в інтенсифікації ультразвукового гідроксилювання.
Ультразвукове гідроксилювання С60 за допомогою діл. H2O2 (30%) є легкою та швидкою одноетапною реакцією для приготування фулеренолу. Вимагаючи лише короткого часу для реакції, ультразвукова реакція пропонує екологічний і чистий підхід з низькими потребами в енергії, уникаючи використання будь-яких токсичних або корозійних реагентів для синтезу та зменшуючи кількість розчинників, необхідних для розділення та очищення C60 (OH)8∙2 год2O.
UP400St (400 Вт, 24 кГц) є потужним ультразвуковим диспергатором
Шлях ультразвукового полігідроксилювання
Коли інтенсивні ультразвукові хвилі з'єднуються з рідиною, чергування циклів низького / високого тиску створює вакуумні бульбашки в рідині. Вакуумні бульбашки ростуть протягом декількох циклів, поки не зможуть поглинути більше енергії, тому вони сильно руйнуються. Під час руйнування бульбашки можливі екстремальні фізичні ефекти, такі як перепади високих температур і тиску, ударні хвилі, мікроджети, турбулентності, сили зсуву тощо. Це явище відоме як ультразвукове або акустична кавітація. Ці інтенсивні сили ультразвукової кавітації розкладають молекули на радикали cOH і cOOH55.
Afreen et al. (2017) припускають, що реакція може прогресувати двома шляхами одночасно. Радикали cOH як активні форми кисню (ROS) прикріплюються до клітки C60 для отримання фулеренолу (шлях I), а / або радикали –OH і cOOH атакують подвійні зв'язки C60 з дефіцитом електрона в нуклеофільній реакції, і це призводить до утворення фулерену епоксиду [C60On] як проміжного продукту на першій стадії (шлях II), що аналогічно механізму реакції Бінгеля. Крім того, повторна атака cOH (або cOOH) на C60O за допомогою реакції SN2 призводить до отримання полігідроксильованого фулерену або фулеренолу.
Може відбуватися повторне епоксидування, в результаті якого утворюються послідовні епоксидні групи, наприклад, C60O2 і C60O3. Ці епоксидні групи можуть бути можливими кандидатами на отримання інших проміжних продуктів, наприклад, гідроксильованого фулерен-епоксиду під час сонолізу (= сонохимическое розкладання). Крім того, подальше кільцеве відкриття C60(OH)xOy з cOH може призвести до утворення фулеренолу. Утворення цих проміжних продуктів під час сонолізу H2O2 або H2O у присутності C60 неминуче, і їх присутність у кінцевому фулеренолі (хоча і в незначній кількості) не може залишитися непоміченою. Однак, оскільки вони присутні лише в незначних кількостях у фулеренолі, очікується, що вони не спричинять будь-якого значного впливу. [Афрін та ін., 2017]
Високоефективні ультразвукові апарати для дисперсії фулерену
Hielscher Ultrasonics постачає зондові ультразвукові апарати для ваших конкретних вимог: Незалежно від того, чи хочете ви проводити ультразвукові дослідження невеликих обсягів у лабораторних масштабах або виробляти великі обсяги потоку в промислових масштабах, портфоліо високопродуктивних ультразвукових апаратів Hielscher пропонує ідеальне рішення для вашої дисперсії фулерену. Висока вихідна потужність, точне регулювання та надійність наших ультразвукових апаратів гарантують виконання ваших вимог до процесу. Цифрові сенсорні екрани та автоматичний запис даних про параметри ультразвуку на вбудовану SD-карту роблять експлуатацію та керування нашими ультразвуковими пристроями дуже зручними для користувача.
Надійність ультразвукового обладнання Hielscher дозволяє працювати 24/7 у важких умовах і в складних умовах.
Наведена нижче таблиця дає уявлення про приблизну потужність обробки наших ультразвукових апаратів:
| Об'єм партії | Витрата | Рекомендовані пристрої |
|---|---|---|
| Від 1 до 500 мл | Від 10 до 200 мл/хв | UP100H |
| Від 10 до 2000 мл | Від 20 до 400 мл/хв | UP200Ht, UP400St |
| 0від 1 до 20 л | 0від .2 до 4 л/хв | UIP2000HDT |
| Від 10 до 100 л | Від 2 до 10 л/хв | UIP4000HDT |
| Н.А. | Від 10 до 100 л/хв | UIP16000 |
| Н.А. | Більше | кластер UIP16000 |
Зв'яжіться з нами! / Запитайте нас!
Високопотужні ультразвукові процесори від лабораторних до пілотних і промислових масштабів.
Література/Список літератури
- Садія Афрін, Кастурі Мутхусамі, Сівакумар Манікам (2018): Соно-нанохімія: нова ера синтезу полігідроксильованих вуглецевих наноматеріалів з гідроксильними групами та їх промислові аспекти. Ультразвукова сонохімія 2018.
- Садія Афрін, Кастурі Мутхусамі, Сівакумар Манікам (2017): Гідратація або гідроксилювання: прямий синтез фулеренолу з незайманого фулерену [C60] за допомогою акустичної кавітації в присутності перекису водню. РСК Адв., 2017, 7, 31930–31939.
- Григорій Володимирович Андрієвський, Вадим Іванович Брусков, Артем Анатолійович Тихомиров, Сергій Васильович Гудков (2009): Особливості антиоксидантної та радіопротекторної дії гідратованих наноштукатурок фулерену C60 in vitro та in vivo. Біологія вільних радикалів & Медицина 47, 2009. 786–793.
- Михайло Гігов, Борівой Аднаджевич, Борівой Аднагевич, Єлена Д. Йованович (2016): Вплив ультразвукового поля на ізотермічну кінетику фулеренового полігідроксилювання. Наука про спікання 2016, 48(2):259-272.
- Хіротака Йошіока, Наоко Юї, Канака Ятабе, Хірото Фудзія, Харукі Муша, Хісатеру Нікі, Ріе Карасава, Кадзуо Юдох (2016): Полігідроксильовані фулерени C60 запобігають катаболічній активності хондроцитів у наномолярних концентраціях при остеоартриті. Журнал остеоартриту 2016, 1:115.
[/toggle]
Факти, які варто знати
C60 Фулерени
Фулерен C60 (також відомий як бакібол або бакмінстерський фулерен) — це молекула, яка побудована з 60 атомів вуглецю, розташованих у вигляді 12 п'ятикутників і 20 шестикутників. За формою молекула С60 нагадує футбольний м'яч. Фулерени C60 є нетоксичним антиоксидантом, який демонструє ефективність на 100–1000 вищу, ніж вітамін Е. Хоча сам по собі С60 не розчиняється у воді, було синтезовано багато високорозчинних у воді похідних фулерену, таких як фуленерол.
Фулерени С60 використовуються як антиоксидант і як біофармацевтичний засіб. Інші сфери застосування включають матеріалознавство, органічну фотовольтаїку (OPV), каталізатори, в очищенні води та захисті від біологічної небезпеки, портативну енергію, транспортні засоби та медичні пристрої.
Розчинність чистого С60:
- у воді: не розчиняється
- у диметилсульфоксиді (ДМСО): не розчиняється
- в толуолі: розчинний
- в бензолі: розчинний
Поверхнева структура фулеренів С60
джерело: Yoshioka et al. 2016
Полігідроксильований C60 / Фуленероли
Фуллернерол або фулероли - це полігідроксильовані молекули С60 (гідратований С60 фулерен: С60ГіФн). В результаті реакції гідролізу до молекули С60 утворюються гідроксильні групи (-ОН). Молекули С60 з більш ніж 40 гідроксильними групами мають більш високу розчинність у воді (>50 мг/мл). Вони існують у вигляді монодисперсних наночастинок у воді та мають доблесний полірувальний ефект. Вони виявляють чудові антиоксидантні та протизапальні властивості. Полігідроксильовані фулерени (фулереноли; C60(OH)n) може бути розчинений у деяких спиртах, а потім осаджений в електрохімічному процесі, створюючи нановуглецеву плівку на аноді. Плівки фулеренолу використовуються як біосумісне покриття, інертне до біологічних об'єктів і може полегшити інтеграцію небіологічних об'єктів у тканини організму.
Розчинність фуленеролу:
- у воді: розчинний, може досягати >50 мг/мл
- у диметилсульфоксиді (ДМСО): розчинний
- в метанолі: слабо розчинний
- в толуолі: не розчиняється
- в бензолі: не розчинний
Колір: Фулереноли, що несуть більше 10 –ОН-груп, мають темно-коричневий колір. При збільшенні кількості груп -ОН колір поступово змінюється від темно-коричневого до жовтого.
Розчинність розчинності C60(OH)8.2H2O в порівнянні з C60 в різних розчинниках. джерело: Afreen et al. 2017
Застосування та застосування фулеренолів:
- Фармацевтика: Діагностичні реагенти, супер ліки, косметика, ядерний магнітний резонанс (ЯМР) з розробником. спорідненість до ДНК, ліки проти ВІЛ, протиракові препарати, хіміотерапевтичні препарати, косметичні добавки та наукові дослідження. У порівнянні з первозданною формою, полігідроксильовані фулерени мають більше потенційних застосувань завдяки їх підвищеній розчинності у воді. Встановлено, що фулероли можуть знижувати кардіотоксичність деяких препаратів і пригнічувати ВІЛ-протеазу, вірус гепатиту С і аномальний ріст клітин. Крім того, вони продемонстрували чудову здатність поглинати вільні радикали проти активних форм кисню та радикалів у фізіологічних умовах.
- Енергія: сонячна батарея, паливний елемент, вторинна батарея.
- Промисловість: зносостійкі матеріали, вогнезахисні матеріали, мастила, полімерні добавки, високоефективна мембрана, каталізатор, штучний алмаз, твердий сплав, електрична в'язка рідина, чорнильні фільтри, високоефективні покриття, вогнезахисні покриття, виробництво біоактивних матеріалів, матеріалів пам'яті, вбудованих молекулярних та інших характеристик, композитних матеріалів тощо.
- Інформаційна промисловість: напівпровідникові носії звукозапису, магнітні матеріали, друкарська фарба, тонер, чорнило, папір спеціального призначення.
- Електронні частини: Надпровідний напівпровідник, діоди, транзистори, котушка індуктивності.
- Оптичні матеріали, електронна камера, лампа флуоресцентного дисплея, нелінійні оптичні матеріали.
- Навколишнє середовище: Адсорбція газу, зберігання газу.