CC BY
44СИНТЕЗ ВЫСОКОГИДРОКСИЛИРОВАННЫХ ФУЛЛЕРЕНОЛОВ
C60(OH)42 И C60(OH)60 ПРЯМЫМ ГИДРОКСИЛИРОВАНИЕМ ФУЛЛЕРЕНА С60 В ВОДНОЙ СРЕДЕ
Козеев А.А.
Научно-технический центр НАНОКЛАСТЕР
SYNTHESIS OF HIGHLY POLYHYDROXYLATED FULLERENOLS C60(OH)42 AND C60(OH)60 BY DIRECT HYDROXYLATION OF FULLERENE C60 FROM SUSPENSIONS
OF FULLERENE IN WATER
Kozeyev A.
Scientific and Technical Centre NANOCLASTER
АННОТАЦИЯ
На сегодняшний день существует 2 основных метода синтезов фуллеренолов: гидроксилирование то-луольного раствора фуллерена кристаллическим гидроксидом натрия или калия и гидролиз бромида фул-лерена C60Br. 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.
ABSTRACT
By now there are 2 main methods of fullerenol synthesis: hydroxylation of toluene solution of fullerene by crystal hydroxide of sodium or potassium and hydrolysis of fullerene bromide C60Br. These methods of C60(OH)n (polyhydroxylated fullerenes) fullerenol synthesis cannot have prospects for industrial use because of low efficiency, high complexity, high prices, non-manufacturability of such syntheses.
Ключевые слова: фуллерен, высокогидроксилированный фуллеренол, гидроксилирование, синтез, водная среда, гидроксид натрия, пероксид водорода.
Keywords: Fullerene, polyhydroxylated fullerenol, hydroxylation, synthesis, suspensions in water, sodium hydroxide, hydrogen peroxide.
Существующие 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 (полигидрокси-лированного 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 380800 USD/g, что делает его неперспективным для производства в промышленных масштабах. Кроме того, полученный «классическим» методом фулле-ренол, всегда будет содержать следы толуола или другого ароматического растворителя, используемых в "классических" синтезах. Эти методы позволяют получать только средне-гидроксилирован-ные фуллеренолы C60(OH)18-28, но не применимы для синтеза высоко-гидроксилированных фуллере-нолов C60(OH)36-42. Для получения высоко-гид-роксилированных 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 andIts Derivatives, Ken Kokubo, Division of Applied Chemistry, Graduate School of Engineering, Osaka University Japan http://cdn.intechopen.com/pdfs/36889.pdf.
В Научно-техническом центре "Нанокластер" (НТЦ "Нанокластер") разработан альтернативный существующим методам, одностадийный синтез гидроксилирования фуллерена в высоко-гидрокси-лированные фуллеренолы С60(OH)42 и С60(OH)60 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-кси-лола. Для синтеза необходимы только 3 компонента: фуллерен, гидроксид натрия и пероксид водорода. Конверсия (степень превращения) фул-лерена в водорастворимые производные составляет около 99,5-99,8%. Фуллерен может быть использован не только С60, но или любой другой, в том числе и смеси фуллеренов.
В синтезе образуется, примерно в равных количествах, как фуллеренол C60(OH)42, так и фул-леренол C60(OH)60.
Синтезированный высоко-гидроксилирован-ный фуллеренол C60(OH)42 (Highly polyhydroxylated fullerenol C60(OH)42) представляет собою темно-желтый кристаллический продукт. Растворимость этого фуллеренола в воде составляет 50-60 грамм на литр. Цвет раствора этого фуллеренола в воде - темно-желтый (см. Рис. 1).
Рис. 1
Solution of a hyper polyhydroxylated fullerenol C60(OH)42 in the water
Рис. 2
Solution of a hyper polyhydroxylated fullerenol C60(OH)60 in the water
Масс-спектр образца этого фуллеренола (см. Рис. 3) соответствует фуллеренолу С60(ОН)42:
Base Peak 1433,9913 равен теоретической молекулярной массе фуллеренола С60(ОН)42 (М =1434).
Рис. 3 Масс-спектр фуллеренола C60(OH)42
Синтезированный высоко-гидроксилирован-ный фуллеренол C60(OH)60 (Highly polyhydroxylated fullerenol C60(OH)60) представляет собою желтый кристаллический продукт. Растворимость этого фуллеренола в воде составляет 60-70 грамм на литр. Цвет раствора этого фуллеренола в воде - желтый (см. Рис. 2).
Масс-спектр образца этого фуллеренола (см. Рис. 4) соответствует фуллеренолу C60(OH)60: Base Peak 1739,9879 равен теоретической молекулярной массе фуллеренола C60(OH)60 (M =1740).
Себестоимость фуллеренолов C60(OH)42 и C60(OH)60 относительно не высока, так как стоимость реактивов используемых в синтезе не велика
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 (97-98%). По данным элементного анализа (ЭА), синтезированный гипергидроксилированный фуллеренол имеет брутто-формулу
C60(OH)60• 2Н2О (см. Рис 5).
Mass-spectrum of fullerenol Cí0(OH)60
Рис. 4 Масс-спектр фуллеренола Œ0(OH)60
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
Рис. 5 Результаты элементного анализа фуллеренола С60(ОН)60
Кроме воды, фуллеренолы C60(OH)42 и C60(OH)60 растворяются в глицерине, образуя растворы желтого цвета, что способствует их применению в косметологии.
ГИПЕРГИДРОКСИЛИРОВАННЫЙ ФУЛЛЕРЕНОЛЫ С60(ОН)42 И С60(0н)60 МОГУТ БЫТЬ ИСПОЛЬЗОВАНЫ:
Фармацевтика и косметология
• Противовирусные препараты с отсутствием цитотоксичности;
• Антиоксиданты;
• Ранозаживляющие и ожогозаживляющие препараты.
Материаловедение
• Модификаторы полимеров, смол, клеев, ЛКМ и других материалов;
• Модификаторы материалов на основе силикатных связующих, включая бетоны;
• Компонент электролитов для металлических гальванических покрытий;
• Компонент сверхтвердых композитов с металлической матрицей.
Агропромышленное^ - растениеводство и животноводство
• Стимуляторы роста растений;
• Антивирусные и противогрибковые препараты;
• Препараты, увеличивающие стойкость с/х культур за счет комплексного неспецифического воздействия;
• Добавки в корма, повышающие сопротивляемость с/х животных и птиц к различным заболеваниям и не накапливающиеся в их организме.
Литература
1. Water-Solubl Single-Nano Carbon Particles: Fullerenol and Its Derivatives. Ken Kokubo, Division of Applied Chemistry, Graduate School of Engineering, Osaka University Japan http ://cdn. intechopen. com/pdfs/36889.pdf.
2. Синтез гипергидроксилированного фуллере-нола C60(OH)60 прямым гидроксилированием фул-лерена в водной среде. Нанотехнологическое общество России. 05.02.2017 http ://rusnor. org/pub s/articles/15067. htm
3. Синтез гипергидроксилированного фуллере-нола C60(OH)60 прямым гидроксилированием фул-лерена в водной среде. Козеев А.А., Центр наукових публжацш. Сборник наукових публжацш «Велес», III Мiждународна конференция «Зимовi науковi чи-тання», (м. Кшв 31 ачня 2018р.), 2 частина, м. Кшв - 2018, стр.80-83
КИНЕТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ПРОЦЕССА ПОЛУЧЕНИЯ СМЕСИ 2,4,6- и 2,3,6-ТРИМЕТИЛФЕНОЛОВ АЛКИЛИРОВАНИЕМ 2,6-ДИМЕТИЛФЕНОЛА МЕТАНОЛОМ
Агаев А. А.
Доктор химических наук, профессор, зав. кафедрой нефтехимии и химической инженерии
Сумгайытского государственного университета
Мурадов М.М.
Кандидат технических наук, доцент кафедры нефтехимии и химической инженерии
Сумгайытского государственного университета
Ширинова Х.Н.
Диссертант кафедры нефтехимии и химической инженерии Сумгайытского государственного университета
Гараева И.Э.
Кандидат химических наук, доцент кафедры нефтехимии и химической инженерии
Сумгайытского государственного университета
THE KINETIC MODEL OF THE PROCESS OF OBTAINING A MIXTURE OF 2.4.6- AND 2.3.6-TRIMETHYLPHENOL BY ALKYLATION OF DIMETHYLPHENOL WITH METHANOL
Agayev A.A.
Doctor of Chemical Sciences, professor, head of department of Petro chemistry and chemical Engineering of Sumgait State University
Muradov M.M.
Candidate of Technical Sciences, associate professor of the department of Petro chemistry and chemical Engineering of Sumgait State University
Shirinova K.N.
Dissertations of the department of Petro chemistry and chemical Engineering of Sumgait State University
Garayeva I. Q.
Candidate of Technical Sciences, associate professor of the department of Petro chemistry and chemical Engineering of Sumgait State University
АННОТАЦИЯ
Приводятся результаты кинетических исследований реакции алкилирования 2,6-диметилфенола метанолом в дифференциальном реакторе в присутствии кобальтферритового катализатора, модифицированного цинком. Полученная кинетическая модель процесса получения смеси 2,4,6- и 2,3,6-триметилфенолов удовлетворительно описывает на качественном и количественном уровнях химические превращения, протекающие на поверхности контакта. ABSTRACT
The results of kinetic studies of the reaction of alkylation of 2.6-dimethylphenol with methanol in a differential reactor in the presence of a cobalt-ferrite catalyst modified with zinc are given.
The resulting kinetic model of the process, the preparation of a mixture of 2.4.6- and 2.3.6-trimethylphenols are described satisfactorily at qualitative and quantitative levels, the Chemical transformations that protrude on the contact surface.
Ключевые слова. 2,6-диметилфенол, метанол, маршруты, стадийная схема, ферритовый катализатор, 2,4,6-триметилфенол, 2,3,6-триметилфенол, кинетическая модель.
Keywords: 2.6-dimethylphenol, methanol, 2.4.6-trimethylphenol, 2.3.6-trimethylphenol, routes, step scheme ferrite catalyst, kinetic model.
