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