Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 
Рис.1 Схема модификации фуллеренола.
Рис.2 Фуллеренолы и их растворы: C60 в толуоле, C60(OH)12 (1) в диоксане, водные растворы C60(OH)36 • 8H2O (2) и C60(OH)40 • 9H2O (3).
Рис.3 Картина распределения размера частиц – исходный раствор (вверху) и при рН=12 в среде NaOH (внизу).

Доступный метод синтеза хорошо растворимых в воде фуллеренов, гидроксилированных более чем на половину

Ключевые слова:  периодика, фуллерен

Опубликовал(а):  Зайцев Дмитрий Дмитриевич

16 февраля 2008

Водорастворимые фуллерены являются многообещающими материалами для использования в медицине и косметологии из-за ожидаемой эффективности захвата ими свободных радикалов различного происхождения. Это обуславливает особый интерес к доступным и простым методам синтеза водорастворимых фуллеренов в промышленном масштабе. Полигидроксилированный фуллерен, называемый фуллеренолом, обладающий простой структурой, удобной для практического применения, малой токсичностью, нейтральным рН раствора и возможностью дальнейшей модификации, в дополнении к выраженной способности к захвату радикалов рассматривается как наиболее перспективный представитель водорастворимых фуллеренов.

Известно несколько способов синтеза полигидроксилированных фуллеренов с различным числом ОН-групп. Так, фуллеренолы с 12 или меньшим числом ОН-групп довольно ограниченно растворимы, в то время как производные с 16 или 20-24 гидроксильными группами демонстрируют необходимую растворимость. Однако большинство изученных фуллеренолов были получены взаимодействием с NaOH как источником гидроксильных групп, что делает необходимым удаление ионов натрия, неизбежно присутствующих в растворе. Без применения многократной процедуры хроматографической очистки отделение ионов натрия является трудоемкой задачей. В данной работе описывается новый доступный метод синтеза фуллеренолов с 36-40 гидроксильными группами, имеющих растворимость в воде вплоть до 58,9 мг/мл, который , использует перекись водорода как донор ОН-групп.

Принцип синтеза заключатся в следующем: так как фуллерены могут эффективно реагировать с радикалами, то модификация поверхности радикалами оказывается чрезвычайно эффективной. Однако, вследствие малой растворимости негидроксилированных фуллеренов реакция с перекисью в водной среде не протекала, поэтому модификации подвергался фуллерен с 12 гидроксильными группами, который может быть синтезирован известными методами (Рис.1). Суспензия фуллеренола в 30% водном растворе перекиси водорода выдерживалась при 60 оС при интенсивном перемешивании. Через 2-4 дня красно-бурая взвесь становилась прозрачной и приобретала желтый цвет. После этого были произведена спектрометрические измерения, позволившие установить количество гидроксильных групп в зависимости от условий проведения реакции (количества прекурсоров, режима нагрева, режима перемешивания и времени проведения). К полученным растворам добавляли смесь из пропанола-2, диэтилового эфира и гексана, что позволяло выделить молочно-белые растворы искомых фуллеренолов. После отделения центрифугированием и декантацией, двукратного промывания диэтиловым эфиром и 18 часовой сушки были получены сухие порошки от желто-бурого до белого оттенков (Рис.2). Выход составил в зависимости от получаемого продукта около 60-70%. Синтезированы фуллеренолы с различным брутто-составом и структурой, подробно исследованы методами масс-спектрометрического анализа, термогравиметрического анализа, ИК- и УФ- спектроскопии C60(OH)36·8H2O и C60(OH)40·9H2O. На поверхности присутствовали различного рода кислородсодержащие группы – карбонильные, карбоксильные, пероксидные, однако определяющими являются именно гидроксильные группы. Отдельно следует упомянуть дисперсность получающихся растворов. Согласно данным анализа динамического светорассеяния, растворы фуллеренов дисперсны на молекулярном уровне, однако при увеличении рН происходит агломерация (Рис.3). Это объясняет необходимость получения растворов, не содержащих ионов Na+, вызывающих слипание за счет усиления межмолекулярного взаимодействия.

Таким образом, разработан способ получения фуллеренолов – высокоэффективных и перспективных антиоксидантов.

Работа "Facile Synthesis of Highly Water-Soluble Fullerenes More Than Half-Covered by Hydroxyl Groups" опубликована в журнале ACS Nano (doi: 10.1021/nn700151z).

Николай Бородинов.


Источник: ACS Nano



Комментарии
Хорошая работа
Бурнин Андрей The Ugly Bird, 17 февраля 2008 05:59 
Cогласен с Владимиром Константиновичем
Кстати, в водорастворимых фуллеренах заинтересована компания Luna nanoWorks, которая выпускает TRIMETASPHERE® - контрастирующие препараты для томографии, которые основаны на эндофуллеренах с заключенными в них атомами гадолиния.
Очень мне хотелось бы понять: за эту статью проголосовало 7 человек, в сумме получился 61 балл. Что, 6 человек оценили новость в 10 баллов, и один - в 1 балл? Я вроде бы следил за рейтингом, и как минимум четверо пользователей поставили по 10 баллов. Добрый незнакомец, объявись и аргументируй свое решение. А то как-то нехорошо получается...
Бурнин Андрей The Ugly Bird, 17 февраля 2008 20:30 
К сожалению это неизбежно. У нас на сосновоборском фотосайте была такая же скверная ситуация, нашлись пользователи, которые поднимали свой рейтинг, убивая рейтинги других. Потом голосованием приняли решение сделать информацию о голосующих, включая IP, открытой.
Трусов Л. А., 17 февраля 2008 23:44 
я вообще не понимаю, какой смысл на нашем сайте имеют голосования. да и что оценивать - качество исследования, перевода, оформления?..
Гольдт Илья, 18 февраля 2008 00:49 
Лев, я согласен, убиваем за отсутствием смысла?
Ещё бы написали "чуть более, чем наполовину"...
Трусов Л. А., 18 февраля 2008 03:16 
ага, вот и наш доброжелатель Волыхов Андрей Александрович, зарубивший статью о Нанометре на Википедии.
g e n, 18 февраля 2008 08:59 
Ну и какой же захват радикалов этой структурой в организме? После недели в 30% перекиси
----- Однако большинство изученных фуллеренолов были получены взаимодействием с NaOH как источником гидроксильных групп, что делает необходимым удаление ионов натрия, неизбежно присутствующих в растворе. Без применения многократной процедуры хроматографической очистки отделение ионов натрия является трудоемкой задачей. ----

Это что, уголь теперь просто за так реагирует со щёлочью? Причём побочный продукт - жуткие ионы натрия (между прочим, даже без противоиона), которые не убиваются даже ионообменными колонками? Или я чего-то конкретно не понял
Зайцев Дмитрий Дмитриевич, 18 февраля 2008 13:22 
Насчет оценок за материал - я бы оставил. Ставящий маленькую оценку человек ощущает свою значимость и причастность к большой науке.
Присоединяюсь к вопросу Александра Ринатовича...
Андреев Сергей Михайлович, 18 февраля 2008 15:10 
Интересно все-таки - после такой обработки полученная смесь фуллеренолов еще обладает заметной антиоксидантной активностью и отсутствием токсичности? В статье это прозвучало неясно.
Трусов Л. А., 18 февраля 2008 15:16 
можно сделать, чтоб одновременно с голосованием генерился камент типа "трусов л.а. - отлично". и оценки по 5-бальной системе.
Ещё заметил:
----- На поверхности присутствовали различного рода кислородсодержащие группы – карбонильные, карбоксильные, пероксидные, однако определяющими являются именно гидроксильные группы. -----

Как окисленный до карбоксила углерод может входить в сферу фуллерена? А если это боковой заместитель - то почему состав C60(OH)36·8H2O ?
И, опять же, присоединяюсь к Александру Ринатовичу... Только вопрос - а может карбоксил появляется за счет разрушения фуллеренового шарика? А карбонил? В общем, позволю себе не согласиться с Володей - работа откровенно грязная.
Соколов Петр Сергеевич, 18 февраля 2008 19:28 
Vitamin C kak анти-оксидант будет хуже?
"препараты для томографии" - это занятное применение C60)
Хотелось бы ответить на прозвучавшие вопросы.

"Интересно все-таки - после такой обработки полученная смесь фуллеренолов еще обладает заметной антиоксидантной активностью и отсутствием токсичности? В статье это прозвучало неясно. "

абсолютно согласен, однако, если половина снабжена гидроксильными группами, то остается другая половина, конечно же, я не берусь утверждать конкретно, но принципиальная возможность сохранения приличной реакционноспособности с радикалами есть.

"Vitamin C kak анти-оксидант будет хуже?
"препараты для томографии" - это занятное применение C60)"
Витамин С и прочие антиоксиданты могут иметь свои недостатки, поэтому чем больше спектр различных соединений, тем лучше. Возможно, интерес к фуллеренам вызван тем, что он может поймать МНОГО радикалов, а витамин С - один (поправьте, если я не прав, в любом случае, это же лактон 2,3-дегидрогулоновой кислоты, сколько же ему ловить радикалов?)
Продолжаю

"И, опять же, присоединяюсь к Александру Ринатовичу... Только вопрос - а может карбоксил появляется за счет разрушения фуллеренового шарика? А карбонил? В общем, позволю себе не согласиться с Володей - работа откровенно грязная."

Более чем справедливо. Как следовало из статьи, это не так часто, но происходит. довольно очевидно, что радикальная атака такими агентами, как гидроксил-радикал, не может являться высокоспецифичной, и происходит незнаичтельное разрушение фуллереновой структуры. Насчет "грязности" работы я пожалуй, не соглашусь
-----Витамин С и прочие антиоксиданты могут иметь свои недостатки, поэтому чем больше спектр различных соединений, тем лучше. -----

Ну, с естественнонаучной точки зрения может быть... А вот с точки зрения внедрения... Как бы снова на талидомид не нарваться. Ведь фуллерен гидрофобен (на молекулярном уровне) и может сорбироваться белками, искажая их структуру.

----- Возможно, интерес к фуллеренам вызван тем, что он может поймать МНОГО радикалов, а витамин С - один (поправьте, если я не прав, в любом случае, это же лактон 2,3-дегидрогулоновой кислоты, сколько же ему ловить радикалов?) ----

Окислительно-восстановительные реакции с аскорбинкой обратимы (в организме). Так что окисленная форма восстанавливается и работает снова.
Ловить МНОГО радикалов на одну молекулу бессмысленно, так как вероятность протекания этого процесса примерно такая же как у тримолекулярных соударений. Кроме того, свободных радикалов в организме очень мало.
Эффективнее напихать много простого антиоксиданта, чем малое количество сложного.

----- происходит незнаичтельное разрушение фуллереновой структуры. -----

А насколько она после этого остаётся устойчивой? То есть, насколько можно разрушить фуллереновый шарик, прежде чем он превратится в крайне реакционноспособное полиненасыщенное соединение? Например, в ароматике (бензол, нафталин) достаточно окислить всего один атом и структура немедленно распадается.
По первому пункту я не совсем согласен: спектр применения вышуеупомянутых соединений не ограничивается лишь биоприменения, да и с ними все далеко не так однозначно, как Вы сказали

По поводу работы витамина С - я выражаю сомнение в конечной эффективности приведенного механизма - обратимость реакций с витамином С я подвергаю сомнению, но в любом случае эффективность ниже на порядок, все не так однозначно, я не готов привести ОКВ схему восстановления витамина С.

По поводу структуры - учитывая незначительные содержания кислородных негидроксильных групп, эти искажения не могут привести к разрушению фуллереновой структуры в целом, на мой взгляд, параллель между ароматикой здесь неверна в корне - размер структуры+количество дополнительных группировок (вернее, топологическая устойчивость, я бы сказал)
Klochkov Vladimir, 17 мая 2008 15:44 
В статье описан обычный метод разрушения фуллереновой оболочки до карбоксилированных и гидроксилированных "огрызков" фуллерена. Где масс-спектры? Если использовать мягкоионизационный метод, то увидим интенсивные пики с m/z < 200 и немного остатков 720. Реакция особо хорошо идет в щелочных условиях. Никаких фуллеренолов там нет.

Для того чтобы оставить комментарий или оценить данную публикацию Вам необходимо войти на сайт под своим логином и паролем. Зарегистрироваться можно здесь

 

АСМ изображение эритроцитов мыши на стекле
АСМ изображение эритроцитов мыши на стекле

Дистанционный лекторий ФНМ МГУ
Опубликованы приглашения на 4 интересные лекции онлайн лектория проекта дистанционного образования факультета наук о материалах МГУ имени М.В.Ломоносова на ближайшую неделю.

Евгений Кац: Перовскит, загадка названия и история открытия
28 мая 2020 г. в 18:00 мск. в рамках развития дистанционного образования ФНМ МГУ имени М.В.Ломоносова состоится онлайн лекция известного ученого, профессора Евгения Каца (Ben-Gurion University of the Negev) "Перовскит, загадка названия и история открытия", который известен не только своими выдающимися научными достижениями в области химии твердого тела, углеродных наноматериалов, перовскитной фотовольтаики, но и большим вкладом в популяризацию науки.

М.Гретцель "The stunning rise of perovskite solar cells"
28 мая 2020 г. в 19:00 мск. в рамках развития дистанционного образования ФНМ МГУ имени М.В.Ломоносова состоится онлайн лекция всемирно известного ученого, профессора М.Гретцеля (Федеральная политехническая школа Лозанны) "The stunning rise of perovskite solar cells".

Материалы к защитам магистерских квалификационных работ на ФНМ МГУ в 2020 году
коллектив авторов
2 - 5 июня пройдут защиты магистерских диссертаций выпускниками Факультета наук о материалах МГУ имени М.В.Ломоносова.

Академия – университетам: химия и науки о материалах в эпоху пандемии
Гудилин Е.А., Горбунова Ю.Г., Калмыков С.Н.
Отделение химии и наук о материалах РАН, а также химический факультет и факультет наук о материалах МГУ инициируют реализацию открытого образовательного проекта «Академия – университетам: химия и науки о материалах в эпоху пандемии». В рамках проекта ведущие ученые, члены Российской и международных Академий, видные представители вузовской науки прочитают тематические образовательные лекции по химии, науках о материалах, современным подходам в биологии и медицине. Видеозаписи лекций будут размещены в открытом доступе и могут быть использованы ВУЗами в основной и дополнительной образовательных программах, а также для самоподготовки и мотивации студентов и аспирантов на будущие научные достижения.

2019-nCoV: очередной коронованный убийца?
Анна Петренко
В статье рассказывается о коронавирусе 2019-nCoV — что мы знаем сегодня. А ведущие международные научные издательства предоставляют бесплатный доступ к новым статьям, посвященных изучению коронавируса

Технонано

Технопредпринимательство - идея, которая принесет свои плоды при бережном культивировании и взращивании. И наша наноолимпиада, и Наноград от Школьной Лиги РОСНАНО, и проект Стемфорд, и другие замечательные инициативы - важные шаги на пути реализации этой и других идей, связанных с развитием новых высоких технологий в нашей стране и привлечением молодых талантов в эту вполне стратегическую область. Ниже приведен небольшой опрос, который позволит и нам, и вам понять, а что все же значит этот модный термин, и какова его суть.

Технопредпринимательство на марше

Мы традиционно просим вас высказать свои краткие суждения по вопросу технопредпринимательства и проектной деятельности школьников. Для нас очевидно, что под технопредпринимательством и под проектной деятельностью школьников каждый понимает свое, но нам интересно ваше мнение, заодно вы сможете увидеть по мере прохождения опроса, насколько оно совпадает или отличается от мнения остальных. Ждем ваших ответов!

О наноолимпиаде замолвите слово...

Прошла XII Всероссийская олимпиада "Нанотехнологии - прорыв в Будущее!" Мы надеемся, что нам для улучшения организации последующих наноолимпиад поможет электронное анкетирование. Мы ждем Ваших замечаний, пожеланий, предложений. Спасибо заранее!



 
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.