Способ получения растворов фуллеренов

 

Изобретение предназначено для химической промышленности и может быть использовано при получении косметических и лекарственных средств, биологически активных препаратов, в нанотехнологии. Навеску фуллерена вводят в растворитель - ненасыщенную жирную кислоту, например олеиновую, арахидоновую или их смесь, натуральное масло, например облепиховое, кедровое или их смесь, натуральный жир, например рыбий, животный или их смесь, минеральное и/или синтетическое масло. В процессе растворения на смесь воздействуют ультразвуковым излучением прямоугольной формы с частотой 25-40 кГц, максимальной удельной мощностью 50-100 мВт/см³ и электромагнитным микроволновым излучением с длиной волны 9,4 мм, максимальной вводимой удельной мощностью до 1 Вт/см³. Давление в реакционном объеме 50-74 бар, температура 80-150^oС, время экспозиции - 10-30 мин. Изобретение позволяет получить стабильные, не дающие осадка растворы в нетоксичных растворителях с сохранением высокого уровня их биологической активности. 4 з.п.ф-лы, 3 ил., 1 табл.

Изобретение относится к способам получения растворов фуллеренов в различных жидкостях, содержащих преимущественно в своем составе ненасыщенные жирные кислоты, масла, жиры и т.п. вещества.

Известно, что фуллерены обладают высокой аффинностью по отношению к биологическим структурам. Однако до настоящего времени исследования медицинских и косметических применений фуллеренов сдерживалось отсутствием эффективных методов целевой доставки молекул фуллеренов к клеткам живой материи, поскольку не было найдено биологически толерантных растворителей фуллеренов.

Известные методы получения фуллереновых производных, например, путем присоединения к молекулам фуллеренов гидрофильных групп [Chiang et al. US patent 5994410] значительно снижали активность фуллеренов вследствие образования сильных ковалентных связей. Способ получения водорастворимых полимерных комплексов, например, с поливинилпирролидоном (ПВП), хотя и основан на образовании обратимых донорно-акцепторных связей, дает низкие концентрации фуллеренов по отношению к комплексанту - ПВП (1:100) и, помимо этого, сложен в осуществлении.

Наиболее перспективным способом получения композиций, содержащих фуллерены в максимально диспергированном виде, является их растворение в органических растворителях. Однако все известные до сих пор органические растворители являются высокотоксичными веществами (например, бензол, толуол и др.) [RU 2000110684, 12.07.2000; SU 1623967, 24.06.1987].

Задачей настоящего изобретения является разработка эффективного способа получения растворов фуллеренов в нетоксичных биологически совместимых растворителях, используемых или которые могут быть использованы в качестве ингредиентов при синтезе лекарственных препаратов и косметических композиций.

Эта задача решается заявленным способом, включающим смешивание исходных компонентов с фуллереном и растворение фуллеренов в моно- и полиненасыщенных жирных (карбоновых) кислотах, выбранных из ряда, содержащего, например, малеиновую, олеиновую, линолевую, линоленовую, арахидоновую кислоты или их смеси, а также в натуральных маслах, содержащих эти кислоты, - кедровом, облепиховом, касторовом, оливковом, подсолнечном, рыбьем жире или других животных и минеральных маслах, а также в их смесях. Процесс растворения осуществлялся введением фуллеренов в растворитель с последующим воздействием на образец ультразвукового и электромагнитного микроволнового излучений. Параметры ультразвукового воздействия: частота 25-40 кГц, форма волны прямоугольная, максимальная вводимая удельная мощность - 100 мВт/см³. Параметры электромагнитного воздействия: длина волны излучения - 9,4 мм, максимальная вводимая удельная мощность - 1 Вт/см³. Давление в реакционном объеме до 74 бар, температура до 150^oС. Время экспозиции - до 30 мин.

Полученные растворы содержат фуллерены в количестве от 21 до 54 мг/мл и прекрасно смешиваются в косметических и лекарственных композициях с остальными ингредиентами, не давая осадка и сохраняя высокий уровень биологической активности. При этом доказано, что диспергирование и растворение не сопровождаются процессами деструкции молекул фуллерена.

Пример 1. Исследовали растворимость экстрагированной толуолом из фуллереновой сажи смеси фуллеренов в олеиновой кислоте. Образец олеиновой кислоты (марки ОСЧ) объемом 5 мл помещался в кварцевом герметизированном контейнере в реакционную камеру дигестера. Затем к нему добавляли навеску фуллерена с дискретностью 25мГ (погрешность взвешивания составляла ±0,1 мГ). После каждого добавления образец подвергали ультразвуковому воздействию и микроволновому облучению в течение 10 мин. Частота ультразвукового воздействия составляла 35 кГц, вводимая мощность - 50 мВт/см³, давление - 50 бар. Удельная мощность электромагнитного поля была 500 мВт/см³, температура - 80^oС. После каждого 10-минутного цикла образец вынимали из реакционной камеры и фильтровали через мембранный, предварительно взвешенный в сухом состоянии белый фильтр с порами 0,2 мкМ (фирмы Millipore, USA). Если на мембране не обнаруживали следов черного фильтрата, то после добавления следующей навески фуллерена (25±0,1 мГ) цикл воздействия повторяли. При обнаружении на поверхности мембраны темного фильтрата (осадка) процесс прекращали. Мембрану высушивали до постоянного веса и определяли весовое количество непрореагировавшего фуллерена, вычитая из веса мембраны с осадком ее исходный вес. Предварительно были проведены измерения значений постоянных весов аналогичных мембран после фильтрования через них чистой (марки ОСЧ) олеиновой кислоты. Эти измерения показали, что значения весов исходных мембран в серии из пяти опытов совпадали с аналогичными значениями после высушивания до постоянного веса в пределах ±0,4 мГ. В результате было получено значение растворимости фуллеренов в олеиновой кислоте 21±0,6 мГ.

Для того чтобы убедиться в том, что действительно произошло взаимодействие компонентов фуллеренов с олеиновой кислотой, была снята хроматограмма полученного сольвата (фиг.1) и проведено ее сравнение с хроматограммой раствора исходного фуллерена в толуоле (фиг.2). Для анализа использовался метод обращенно-фазовой высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ).

Условия анализа: Колонка: 4 мм•25 см, Hypersil C18, 5 mem; Элюент: 44% ацетонитрил в толуоле, режим - изократический; Проба: 50 мкл (для образца 1 - насыщенный раствор в толуоле); Поток: 0,6 мл/мин; Детектирование: фотометрия на 350 нм; Сбор и обработка данных: программа Мультихром.

Результаты анализа позволяют сделать следующие заключения.

Реакция с обеими кислотами прошла со 100%-ным выходом по фуллеренам. Все присутствующие в исходном образце фуллерены дали соответствующие результаты. Результаты анализа позволяют сделать следующие заключения: аддукты с непредельной жирной кислотой. Благодаря наличию карбоксильной группы, полярность аддукта существенно больше, чем у исходного фуллерена. Это проявляется в резком уменьшении времени удерживания. Примеси непрореагировавших фуллеренов в пределах чувствительности метода (0.5%) не обнаружены.

Пример 2. В условиях примера 1 исследовали растворимость фуллерена в линолевой кислоте. Изменили лишь следующие параметры воздействия: частота ультразвукового поля - 30 кГц, вводимая удельная мощность 80 мВт/см³, время экспозиции - 15 мин. Остальные параметры были идентичны параметрам примера 1. Измеренное значение растворимости составило 36±0,5 мГ/см³. Хроматограмма полученного сольвата приведена на фиг.3. и относительно нее можно сделать выводы, аналогичные выводам в примере 1.

Пример 3. Для эксперимента взят фуллерен и натуральное облепиховое масло. Процесс ведут, как указано в примере 1. Полученные характеристики растворимости фуллеренов в среде облепихового масла приведены в сводной таблице.

Пример 4. Для экспериментов были взяты фуллерены и натуральный рыбий жир. Процесс растворения фуллеренов вели так же, как в примере 1. Показатели растворимости фуллеренов в рыбьем жире приведены в сводной таблице.

Пример 5. Для экспериментов были взяты фуллерены и минеральное масло. Смешивание этих компонентов вели, как в примере 1. Полученные данные приведены в сводной таблице.

Таким образом, разработанный способ существенно расширяет функциональные и технологические возможности использования фуллеренов за счет открытия нового класса его соединений с указанными веществами (ненасыщенными жирными кислотами, природными и минеральными маслами и жирами и их композициями), проявляющими высокие физико-биохимические свойства, что позволяет реализовать новые высокоэффективные процессы в различных областях человеческой деятельности.

Формула изобретения

1. Способ получения растворов фуллеренов, включающий смешивание исходных компонентов путем введения фуллеренов в объем растворителя, отличающийся тем, что в качестве растворителя выбирают ненасыщенную жирную кислоту или смесь таких кислот, натуральное масло, или натуральный жир, минеральное масло и готовят смесь из указанных компонентов до получения гомогенной массы, а в процессе растворения на композицию осуществляют воздействие ультразвуком и электромагнитным микроволновым излучением, при этом выбирают параметры ультразвукового излучения с частотой 25-40 кГц и прямоугольной формой волны с максимальной вводимой удельной мощностью 50-100 мВт/см³, а параметры электромагнитного микроволнового излучения выбирают с длиной волны 9,4 мм, максимальной вводимой удельной мощностью до 1 Вт/см³ при давлении в реакционном объеме 50-74 бар и температурой в этом объеме 80-150^oС и временем экспозиции от 10 до 30 мин.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве ненасыщенной жирной кислоты берут олеиновую кислоту, а смесь кислот готовят из олеиновой и арахидоновой кислот.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве масла берут облепиховое, а смесь готовят при добавлении к нему кедрового масла.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве жира берут рыбий, а смесь готовят при добавлении к нему животного жира.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что минеральное масло смешивают с синтетическим маслом перед введением в эту смесь фуллеренов.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4