Синтез гипергидроксилированного фуллеренола C60(OH)60 прямым гидроксилированием фуллерена в водной среде

Опубликовано 05.02.2017
  |   просмотров - 360,   комментариев - 0
Синтез гипергидроксилированного фуллеренола C60(OH)60 прямым гидроксилированием фуллерена в водной среде


Козеев А. А.

E-mail: info@nanoclaster.ru
Web-site: www.nanoclaster.ru


На сегодняшний день существует два основных метода синтезов фуллеренолов: гидроксилирование толуольного раствора фуллерена кристаллическим гидроксидом натрия или калия и гидролиз бромида фуллерена С60Br. Основные методы имеют многочисленные вариации, но суть их от этого не меняется. Эти методы синтезов фуллеренолов C60(OH)n (полигидроксилированных фуллеренов) не могут иметь перспективы для промышленного использования, из-за низкой эффективности, сложности, дороговизны, не технологичности этих синтезов. Стоимость фуллеренола (полигидроксилированного фуллерена) в процессе синтеза возрастает на порядки по сравнению со стоимостью самого фуллерена, и сегодня на мировом рынке стоимость фуллеренола C60(OH)22-26 составляет 380-800 USD/g, что делает его неперспективным для производства в промышленных масштабах. Кроме того, полученный «классическим» методом фуллеренол, всегда будет содержать следы толуола или другого ароматического растворителя, используемых в «классических» синтезах.

Эти методы позволяют получать только средне-гидроксилированные фуллеренолы C60(OH)18-28, но не применимы для синтеза высоко-гидроксилированных фуллеренолов C60(OH)36-42. Для получения высоко-гидроксилированных фуллеренолов C60(OH)36-42 требуется дополнительный синтез с применением пероксида водорода. Один из таких методов рассмотрен в статье Water-Solubl Single-Nano Carbon Particles: Fullerenol and Its Derivatives, Ken Kokubo, Division of Applied Chemistry, Graduate School of Engineering, Osaka University Japan.

Растворимость в воде фуллеренолов С60(ОН)36·8Н2О и С60(ОН)40·8Н2О превосходит растворимость в воде фуллеренола С60(ОН)24·2H2O минимум в 10000 раз и составляет около 50-60 г/л (растворимость в воде фуллеренола С60(ОН)24·2H2O составляет 3-5 мг/л; фуллеренол С60(ОН)12, вообще не растворим в воде).

В Научно-техническом центре «Нанокластер» (НТЦ «Нанокластер») разработан альтернативный существующим методам, одностадийный синтез гидроксилирования фуллерена в гипер-гидроксилированный фуллеренол С60(OH)60·2H2O из суспензии фуллерена в воде. Синтез проходит в одну стадию и проводится только в водной среде, без применения каких-либо растворителей, в том числе бензола, толуола, орто-ксилола. Длительность синтеза 25-35 мин. Температура синтеза 100-110 градусов Цельсия. Конверсия (степень превращения) фуллерена в водорастворимые производные составляет около 98-99%. Синтезированный гипер-гидроксилированный фуллеренол (Hyper polyhydroxylated fullerenol) представляет собою желтый кристаллический продукт. Растворимость этого фуллеренола в воде составляет 60-70 грамм на литр. Цвет раствора этого фуллеренола в воде, в зависимости от концентрации, от желтого до красного (см. фото):

   

Solution of a hyper fullerenol С60(OH)60 in the water

Масс-спектр образца этого фуллеренола соответствует фуллеренолу С60(OH)60: Base Peak 1739,9879 равен молекулярной массе фуллеренола С60(OH)60 (M =1740).

Из 1 г фуллерена синтезируется около 2,2-2,3 г гипергидроксилированного фуллеренола С60(OH)60, поэтому себестоимость фуллеренола может быть даже ниже стоимости фуллерена, используемого для синтеза, так как стоимость реактивов используемых в синтезе невелика по сравнению со стоимостью фуллерена. Синтез прост и технологичен, и он может быть использован для синтеза фуллеренола в промышленных масштабах. Для снижения себестоимости для синтеза можно использовать фуллерен с низкой степенью очистки (98-99%).

По данным элементного анализа (ЭА), синтезированный гипер- гидроксилированный фуллеренол имеет брутто-формулу С60(OH)60·2Н2О.

Result of Elemental Analysis of fullerenol С60(ОН)60

Element

Percentage (%)

Analytical

Method

Date

Remark

C

40.5972

40.6017

Flash EA

1112

12/12/2016

H

3.6098

3.6113

В отличие от фуллеренола С60(OH)40-42, который только «слегка» растворим («lightly» soluble) в спирте, гипер-гидроксилированный фуллеренол С60(OH)60, растворяется в спиртах, включая многоатомные спирты (полиолы), в частности, в глицерине, образуя растворы желтого цвета (см. фото):

Solution of a hyper polyhydroxylated fullerenol С60(OH)60 in the ethyl alcohol

Solution of a hyper polyhydroxylated fullerenol С60(OH)60 in the Glycerin


Комментарии:

Пока комментариев нет. Станьте первым!